ИСТОЧНИКИ ТОКА 4 страница

4) Найти λ_ср и по формуле (6.9) определить скорость звука в воздухе.

5) Проделать то же самое еще при двух частотах и по результатам всех трех опытов вычислить υ_ср.

6) Рассчитать υ_зв по формуле (6.3) и сравнить ее с υ_ср, полученной в эксперименте.

7) Оценить ошибку измерений.

6.4. Контрольные вопросы

1. Что называется колебанием?

2. Какое колебание называется гармоническим? Напишите уравнение, нарисуйте график.

3. Что такое амплитуда, частота, фаза, период?

4. Как зависит результат сложения двух перпендикулярных колебаний одинаковой частоты от разности фаз колебаний? Когда на экране осциллографа наблюдается прямая линия, эллипс?

5. Что называется волной? Дайте классификацию волн.

6. Что называется периодом колебаний, длиной волны? Как они связаны между собой?

7. Какой волной является звук? Назовите диапазон длин волн и частот звуковой волны. Как называются волны с частотами меньшими и большими, чем звуковые?

8. Напишите уравнение плоской бегущей волны. Чем отличается график волны от графика колебаний?

9. Как в данной работе измеряется скорость звука?

10. Чему равна скорость звука в воздухе? От чего она зависит? Скорость звука в различных средах (жидких, твердых телах).

Литература. [2, §§ 78; 4, §§ 28]. .

ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев И.В. Курс общей физики: Для втузов. М.: Наука, 1973. Т.2: Электричество. 432 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: Для втузов. М.: Наука, 1978. Т.2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. 480 с.

3. Савельев И.В. Курс общей физики: Для втузов. М.: Наука, 1979. Т.3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. 304 с.

4. Зисман Т.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т.2. М.: Наука, 1972. 366 с.

5. Детлаф А.А., Яворский Е.М., Милковская Л.Б. Курс физики: Учебное пособие для втузов. Изд. 4-е, перераб. М.: Высшая школа, 1977. Т.2: Электричество и магнетизм. 375 с.

6. Трофимова Т.Н, Курс физики: Учебное пособие для вузов. 4-е изд., испр. М.: Высшая школа, 1997. 542 с.

7. Лабораторные занятия по физике: Учебное пособие / Гольдин Л.Л., Игошин Ф.Ф., Козел С.М. и др.; Под ред. Гольдина Л.Л. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. 704 с.

Содержание

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

для студентов всей специальностей

Составители: Григорьев Леонид Александрович

Краева Татьяна Ивановна

Медведчиков Виктор Павлович

Грунина Нагима Газизовна

Шилова Алевтина Сергеевна

Козяев Егор Федорович

Редактор П.Г.Павловская

Компьютерный набор, верстка и графика Н.В.Панюшкина,

С.А.Павлова, Л.А.Григорьев.

ЛР № 020302 от 18.02.97 ПЛД № 2018 от 06.10.99

Подписано в печать 28.02.01 Формат 60х84/16. Бумага тип. №3.

Усл.п.л.2,9. Уч.-изд.л.2,4. Печать офсетная.

Тираж 500 экз. Заказ № 2105. С – 129

Марийский государственный технический университет

424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Отдел оперативной полиграфии

Марийского государственного технического университета,

424006 Йошкар-Ола, ул.Панфилова, 17

ИСТОЧНИКИ ТОКА

В нашей лаборатории электрические цепи питаются от следующих источников тока:

1) сеть переменного тока с напряжением 220 В;

2) сеть постоянного тока с напряжением 9В и 12В, розетки пос­тоянного тока имеют знаки полярности (+ и -);

3) химические источники тока (ХИТ); гальванические элементы и аккумуляторы – устройства, в которых химическая энергия активных веществ (окислителя и восстановителя) непосредственно превращается в электрическую энергию.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯ.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Существует два основных метода электрических измерений: метод непосредственной оцен­ки и метод сравнения. В методе непосредствен­ной оценки измеряемая величина отсчитывается непос­редственно по шкале прибора. При этом шкала изме­рительного прибора предварительно градуируется по эталонному прибору в единицах измеряемой величи­ны. Как правило, такая градуировка производится на заводе при изготовлении прибора. Достоинства этого метода – удобство отсчета показаний прибора и малая затрата времени на операцию измерения. Метод непосредственной оценки широко применяется в различных областях техники для контроля и регули­рования технологических процессов, в полевых усло­виях, на подвижных объектах и т.д. Недостаток мето­да – сравнительно невысокая точность измерений.

В методе сравнения измеряемая величина сравни­вается непосредственно с эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений мо­жет быть значительно повышена. Метод сравнения используется главным образом в лабораторных усло­виях, он требует сравнительно сложной аппаратуры, высокой квалификации операторов и значительных затрат времени. В последнее время в аппаратуре срав­нения все шире внедряется автоматизация.

Электроизмерительные приборы непосредственной оценки позволяют отсчитать числовое значение изме­ряемой величины на шкале или цифровом устройстве прибора.

Практика показывает, что при всяком измерении непрерывной величины неизбежна некоторая погреш­ность – разница между измеренным и действи­тельным значениями измеряемой величины: . Эту разницу называют абсолютной погрешностью измерения. Она определяется систематическими и случайными погрешностями при­бора, а также ошибками оператора.

Систематические погрешности изменяются по оп­ределенному закону и возникают вследствие факторов, которые могут быть учтены: влияние внешних условий (температура, радиация, электромагнитные поля), не­совершенство метода измерения, несовершенство изме­рительного прибора.

Случайные погрешности возникают вследствие фак­торов, которые не поддаются непосредственному учету. Оценку случайных погрешностей можно произвести только при очень большом числе повторяющихся из­мерений, используя методы теории вероятностей.

Ошибки оператора (в записи, в определении цены деления прибора и др.), обычно легко выявляемые в ряду наблюдений по значительным отклонениям ре­зультата измерения от средних или примерно ожида­емых значений, исключают из записей и при обработ­ке результатов измерения не учитывают.

Для более полной характеристики измерений вво­дят понятие относительной погрешности измерения :

.

Величины и характеризуют точность измере­ния.

Во многих случаях возникает необходимость оха­рактеризовать точность прибора. Для этой цели вво­дится понятие приведенной погрешности измерения:

,

где – максимальное значение шкалы прибора, т.е. предельное значение измеряемой величины.

Наибольшая приведенная погрешность опреде­ляет класс точности прибора. Если, например, класс точности амперметра равен 1,5, то это означает, что наибольшая приведенная погрешность . Если прибор рассчитан на измерение токов до 15 А, то абсолютная погрешность измерения этим прибором сос­тавит:

А.

Если указанным прибором измерить ток 10 А, то относительная погрешность измерения не превысит:

.

Если тем же прибором измерить ток 1 А, то относительная погрешность измерения не превысит:

.

Этот пример показывает, что при точных измере­ниях прибор следует подбирать так, чтобы значение измеряемой величины приходилось на вторую полови­ну шкалы.

Различают основную и дополнительную погрешнос­ти. Основные погрешности возникают при нормальных условиях работы, указанных в паспорте прибора и условными знаками на шкале. Дополни­тельные погрешности возникают при эксплуатации прибора в условиях, отличных от нормальных (повы­шенная температура окружающей среды, сильные внешние магнитные поля, неправильная установка прибора и др.). Пример оценки дополнительной погрешности будет рассмотрен при выполнении лабораторной работы № 1.

ЧУВТСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Чувствительностью прибора , имеющего равномерную шкалу, называют число делений шкалы , приходящихся на единицу измеряемой величины , т.е. . Например, если шкала миллиамперметра, рассчитанного на 300 mA, имеет 60 делений, то чувствительность прибора равна:

.

Размерность чувствительности зависит от характера измеряемой величины (например, чувствительность прибора к току, напряжению и т.д.).

Величина , обратная чувствительности, называется ценой деления прибора. Она определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. В общем случае цена деления представляет собой разность значений измеряемой величины для двух соседних отметок. Цена деления зависит от прибора и от числа делений шкалы. Например, для рассмотренного выше примера цена деления равна:

.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ШКАЛЕ

Электроизмерительные приборы классифицируют­ся по различным признакам.

1. В зависимости от основной приведенной погреш­ности электроизмерительные приборы разбиты на классы точности. Класс точности указывается на шкале прибора и обозначает наибольшую приведен­ную погрешность в процентах. Это важнейшая характеристика электроизмерительного прибора, она определяет относительную систематическую погрешность прибора, выраженную в процентах.

Все приборы классифицируются по 9 основным классам точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Существуют приборы, классы точности которых являются не основными. Примером таких приборов являются счетчики электрической энергии, для которых класс точности равен 2,0.

Приборы первых пяти классов точности являются особо точными, поэтому они называются прецизионными. Приборы остальных классов точности называются техническими. Для приборов, систематическая погрешность которых больше 4%, класс точности не устанавливается.

По характеру градуировки шкалы приборы делятся на два типа.

К первому типу относятся приборы, у которых абсолютная систематическая погрешность по всей шкале прибора постоянна. Класс точности таких приборов указывается на шкале прибора в виде цифры, например: 1,0.

Ко второму типу относятся приборы, у которых постоянной является относительная систематическая погрешность по всей шкале прибора. Класс точности таких приборов указывается в виде цифры, стоящей в кружочке.

Например, если измерение осуществляется миллиамперметром со шкалой 0–500 mА ( =500mА) класса точности 1,5, то на любой отметке шкалы миллиамперметра абсолютная погрешность прибора равна:

mA.

Зная абсолютную погрешность прибора, можно рассчитать относительную погрешность проведенного в данном опыте измерения. Пусть в опыте рабочее значение измеряемого тока было равно 200 mA, тогда относительная погрешность данного измерения будет равна отношению абсолютной погрешности прибора к рабочему значению измеряемого тока:

.

Таким образом, результат запишется в виде:

.

Для декадных магазинов сопротивлений с классом точности 0,2 погрешность не превышает:

,

где – число декад магазина, показания которых не равны 0, – значение включенного сопротивления.

Абсолютная погрешность будет равна:

.

На шкалу электроизмерительного прибора нано­сятся следующие условные обозначения.