ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МОСТИКА УИТСОНА

Цель работы:

1. Изучить материал по теме: «Постоянный электрический ток, закон Ома»

2. Измерить сопротивление угольной и вольфрамовой нитей накаливания электроламп при комнатной температуре.

3. Проверить формулу для расчета сопротивления последовательно и параллельно включенных проводников.

4. Проверить зависимость сопротивления металлического проводника (вольфрамовой нити) и полупроводника (угольной нити) от температуры.

Физические основы метода измерений:

Для измерения омического сопротивления проводников из различных материалов разработаны и применяют различные методы и устройства. В данной работе студенты изучают средства и физические основы одного из простейших методов. Соответствующий портативный прибор будет использован ими при выполнении лабораторной работы «Изучение зависимости сопротивления проводников от температуры» (работа № 3).

Рассмотрим электрическую цепь постоянного тока, изображенную на рис. 1. сначала без гальванометра G, где средний участок между точками A и B представляет собой проволоку с постоянным сечением S, натянутую на миллиметровую линейку. При замкнутом ключе K ток I в точке A разветвляется на I₁ и I₂, так, что (1).

Обозначим потенциал точек A, C, B соответственно ,причем .

Очевидно, на участке тока I₁ всегда можно найти точку Д, потенциал которой равен потенциалу точки C: (2)

Для экспериментального обнаружения точки Д используют гальванометр G, который при выполнении условия (2) показывает «0». Докажем, что при этом (3)

Действительно, в соответствии с законом Ома для однородного участка имеем:

; , (4)

; (5)

Тогда при выполнении (2) из этих равенств, следуют:

(6) (7)

Разделив эти равенства почленно, получим (3): ,

Формула (3) является расчетной в изучаемом методе измерения сопротивления. В промышленных образцах соответствующих приборов значение R_X может быть отсчитано непосредственно по шкале измерительного прибора. Для относительной погрешности измерения R_X в соответствии с формулой (3) с заменой l_ДВ на l – l_АД, где l – длина проволоки реохорда, имеем:

(8)

Она имеет минимальное значение при , когда . Поэтому измерения R_X обычно проводят при таких условиях, когда ползунок Д стоит примерно на середине реохорда АВ.

Описание установки:

Установка состоит из реохорда АВ, представляющего проволоку, натянутую на миллиметровую линейку длиной в 1м со скользящим контактом Д, гальванометра с нулем посередине шкалы, магазина сопротивлений R, источника питания e, ключа K для кратковременно замыкания и размыкания цепи. К установке приданы две электролампы с угольной и вольфрамовой нитью, на которых указаны номинальная потребляемая мощность и номинальное напряжение. Сопротивление этих ламп измеряется в работе.

Порядок выполнения работы:

1. Собирают схему согласно рисунку с включенным в точках C и Д гальванометром G, в качестве R_X включают одну из ламп.

2. Устанавливают скользящий контакт Д на середину реохорда.

3. Подбирают сопротивление магазина R, добиваясь показания гальванометра «0».

Внимание! Ключ K замыкают лишь на короткое время, достаточное для того, чтобы заметить в какую сторону отклоняется стрелка гальванометра или стоит на «0», т.к. длительное протекание тока вызывает нагрев проводов и изменение их сопротивления.

4. Повторяют наблюдения еще при двух значениях и .

5. В схему включают вторую лампу, убрав первую, и выполняют те же измерения.

6. Соединяют две лампы последовательно и полностью повторяют предыдущие измерения.

7. Соединяют обе лампы параллельно и снова повторяют измерения.

8. Результаты измерений заносят в следующую таблицу.

Р, Вт	U, В	RЛ, Ом	№ изм	R, Ом	LАД, мм	LВД, мм	RX, Ом	RX ср. Ом	ΔRX Ом	ΔRX ср Ом
1 и 2 лампы последовательно
1 и 2 лампы параллельно

Для получения зачета по данной работе необходимо знать:

1. Сила тока, плотность тока, падение напряжения на участке цепи. Закон Ома для участка цепи.

2. Зависимость сопротивления от материала, длины и сечения проводника, температуры и других факторов. Единицы удельного сопротивления и сопротивления.

3. Вывод закона Ома в дифференциальной форме

4. Последовательное и параллельное соединение проводников. Вывод формул для общего сопротивления таких соединений

5. Экспериментальные способы определения электрического сопротивления проводников.

Литература

1. И.В. Савельев. Курс общей физики, т.II §§ 34, 35, 77, 78, 79. Наука, М. 1982г.

2. И.В. Савельев. Курс общей физики, т.II § №31-35, 37, 38, 69-71. 1970г.

3. Г.А. Зисман, О.М. Тодес. Курс общей физики, т.II §§14-16, 18. 1974г.