ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ

Цели и задачи работы: изучить методы определения сопротивлений – измерением напряжения и силы тока, с помощью мостовой схемы.

Содержание работы:

Сила электрического тока І, текущего через проводник, определяется законом Ома:

(2.1)

где U- разность потенциалов (напряжение) на концах проводника, R- сопративление проводника.

Сопротивление, оказываемого току металлическим проводником, обусловлено взаимодействием свободных электронов – носителей тока, с положительными ионами кристаллической решетки при упорядоченном движении электронов под действием электрического поля. За единицу сопротивления принято сопротивление такого проводника, в котором при разности потенциалов в 1В устанавливается ток силой в 1А. эта единица называется Омом (Ом):1Ом = 1В/1 А.

Величину сопротивления проводников можно определить согласно выражению (2.1.), непосредственно измеряя напряжение и силу тока в проводнике. На практике для измерения сопротивлений применяют также устройства, основанные на свойстве моста Уитстона, схема которого приведена на рис. 2.1.

Рис.2.1.

Основное свойство этой схемы состоит в том, что при определенном соотношении между сопротивлениями Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ ток через гальванометр отсутствует. Выясним это соотношение. Для этого напишем уравнения, связывающие величины сопротивлений и токов для участков цепи АСД и ВСД, используя второе правила Кирхгофа. Оно гласит, что алгебраическая сумма произведений токов сопротивления на замкнутом участке цепи равна алгебраической сумме э.д.с., действующих на этом участке, т.е.

(2.2)

тогда для участка АСД при

(2.3)

а для ВСДВ

(2.4)

Из уравнений (2.3) и (2.4), учитывая, что при токи І₁ = І₂ , І₃ = І₄, получим условие равновесия моста Уитстона

; (2.5)

Схема моста Уитстона применяемая в упражнении 2 данной работы, приведена на рис. 2.2. Здесь в схему вместо R₁ подключается эталонной резистор R₀ , с известным сопротивлением, вместо R₂ - резистор R_x , сопротивление которого предстоит определить. Сопротивления R₃ и R₄ заменеи реохордом АВ – однородной проволожой с большим сопротивлением, укрепленной на линейке. Меняя положение движка Д реохорда можно изменять соотношение сопротивлений плеч реохорда АД и ВД. Их сопротивления пропорциальны длинам плеч и = BD. Тогда, используя условия равновесия (2.5) для данной установки, можно написать

, (2.6)

Оборудование, технические и инструментальные средства: амперметр с шунтом; вольтметр; нуль-галванометр; реостат; реохорд; эталонное и неизвестные сопротивления.

Порядок выполнения работы:

Упражнение 1. Определение неизвестного сопротивления измерением напряжения и силы тока.

Рис. 2.3.

1. Собрать следующую электрическую схему (рис. 2.3):

Включив в цепь резистор с неизвестным сопротивлением.

2. Определить цену деления амперметра и вольтметра.

3. Включить источкин тока ε в сеть, замкнуть ключ К.

4. Поэтапно меняя напряжение подаваемое на с помощью реостата Р, записать в таблицу 2.1 6-8 значений напряжений U и соответствующих сил токов І.

Таблица 2.1

5. Построив график зависимости , убедиться, что зависимость носит ленейный характер. По наклону полученной прямой определить значение сопротивления:

(2.7)

Упражнение 2. Определение сопротивлений с помощью мостовой схемы

1. Собрать схему моста (рис.2.2), включив вместо Rх резистор .

2. Включить источник тока в сеть.

3. Замкнуть ключ К. Медленно передвигая движок реорхорда, найти такое его положение, при котором ток гальванометра равен нулю. Отсчитать длины плеч и . Записать значения известного сопротивления R₀, плеч и в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.

№	R0, Ом	,м	,м	,Ом

Вычислить значение сопротивления по формуле (2.6), занести в таблицу 2.2 Разомкнуть ключ К.

4. Включить в схему резистор . Проделать п. 3 для этого резистора.

5. В схему включить параллельно соединенные и . Повторить п.3.

6. Включить в схему резисторы и , соеденив их последовательно. Также повторить п.3.

7. По измеренным значениям и вычислить

; (2.8)

и сравнить с определенными в пп. 5-6 значениями и .

8. Для одного-двух неизвестных сопротивлений определить погрешность измерений по формуле:

(2.9)

Значение принять равным 0,005

Контрольные вопросы

1. Объснить, чем обусловлено сопротивление току в металлах.
2. Как зависит сопротивление проводника от его размеров, температуры?
3. Какое свойство моста Уитстона можно использовать для измерения сопротивлений?
4. Сформулируйте правила Кирхгофа.
5. Вывести формулы для определения сопротивления параллельно и последовательно соединеных проводников.

ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ