Правила пользования много предельными приборами

1. Во избежание порчи прибора его включают в максимальном диапазоне .

2. Для данного диапазона вычисляют цену деления:

(18)

Здесь - предельное значение величины, которое можно измерить при данном включении прибора; - максимальное число делений шкалы прибора.

Не следует смешивать число делений шкалы и отсчет по прибору. Например, для вольтметра при некотором включении =7, 5 В, максимальное число делений шкалы равно =150, а отсчету соответствует делений. Тогда измеряемое значение напряжения будет равно: .

3. Измеряемую величину определяют умножением отсчета по прибору на цену деления прибора на данном пределе измерения. После этого переходят на тот диапазон, верхний предел которого ближе всего к значению измеряемой величины, но в то же время больше ее. Определяют точное значение измеряемой величины, умножив отсчет по шкале на соответствующую ей цену деления.

4. Если измеряемая величина увеличивается, то измерения продолжают до тех пор, пока стрелка не подойдет до конца шкалы, а затем переходят на измерения на большем диапазоне.

5. В случае уменьшения величины измерения продолжают до тех пор, пока измеряемая величина не достигнет верхнего предела следующего меньшего диапазона, после чего переходят на этот диапазон измерений.

 

5 Контрольные вопросы

1. Что называется электрическим током?

2. Сформулировать необходимые условия существования электрического тока.

3. Что называется силой тока? В каких единицах измеряется сила тока?

4. Какими приборами измеряются сила тока и напряжение?

5. Какой участок электрической цепи называется однородным участком?

6. Какой участок электрической цепи называется неоднородным участком?

7. Сформулировать закон Ома для однородного участка цепи.

8. Что понимается под сопротивлением проводника? В каких единицах измеряется сопротивление проводника?

9. От каких параметров зависит сопротивление проводника?

10. Что называется удельным сопротивлением проводника? В каких единицах измеряется удельное сопротивление проводника?

11. Как удельное сопротивление проводника и сопротивление проводника зависят от температуры?

12. Что называется температурным коэффициентом сопротивления?

13. Описать две схемы определения сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра.

14. В каких случаях применяется каждая из этих схем с меньшей погрешностью?

15. Как определяются сопротивления амперметра и вольтметра?

16. В каком случае при измерении величины с помощью многопредельного прибора будет наименьшая погрешность?

17. Как подбирается диапазон при измерении величины многопредельным прибором?

18. Как определяется цена деления шкалы и измеряемая величина при измерении многопредельным прибором?

19. Вывести формулы для расчета измеряемого сопротивления по схеме, изображенной на рисунке 2.

20. Вывести формулы для расчета измеряемого сопротивления по схеме, изображенной на рисунке 3.

 

Техника безопасности

 

1. Включение схемы в электрическую сеть производится только после проверки ее преподавателем, инженером или лаборантом.

2. Во время работы запрещается касаться токоведущих частей установки.

3. По окончании работы уменьшить до нуля выходное напряжение источника тока и отключить его от сети.

 

Лабораторная работа №7

Измерение сопротивлений проводников методом мостиковой схемы

Цель работы:

1. Изучить правила Кирхгофа для расчета электрических цепей;

2. Приобрести навыки работы с мостиковыми схемами;

3. Измерить сопротивление проводников с помощью мостиковой схемы;

4. Вычислить характеристики измеренных проводников;

5. Измерить сопротивление последовательно и параллельно соединенных проводников и проверить результаты измерений по соответствующим им формулам.

Основные формулы и законы

Вывод рабочей формулы

 

Для оценки величины сопротивлений часто используется измерение сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра. В этом методе сопротивление проводника определяется по закону Ома для однородного участка цепи:

(1)

Здесь - напряжение на концах проводника; - сила тока в проводнике. Однако в зависимости от того, как включаются амперметр и вольтметр необходимо учитывать сопротивление этих измерительных приборов. Подробно это показано в лабораторной работе №4.

Наиболее точным и часто используемым на практике является измерение сопротивлений методом мостика постоянного тока. Принципиальная схема мостика постоянного тока представлена на рисунке 1.

R1

I1

A

C

IG

K1

G

D

R2

I2

B

Ix

Rx

R0

I0

I

I

K

Рис. 1

 

Измеряемое сопротивление и три других переменных сопротивления , и соединяются так, что образуют замкнутый четырехугольник ACBDA. В одну диагональ CD включают ключ и гальванометр G, а в другую диагональ AB включают ключ и источник постоянного тока с ЭДС, равной величине .

Диагональ CD является мостиком. Такой мостик называют мостиком Уитстона. При замыкании ключа K₁ гальванометр покажет наличие тока через диагональ CD.однако можно так подобрать сопротивления , и , что потенциалы точек C и D станут равными. Тогда при замыкании ключа K₁ ток в цепи гальванометра будет отсутствовать. Такое состояние называется равновесием мостика CD.

Для вывода условия равновесия мостика воспользуемся правилами Кирхгофа. Правила Кирхгофа используются для расчета параметров схем со смешанным соединением проводников.

Первое правило Кирхгофа представляет собой закон сохранения электрического заряда. Поэтому первое правило Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма электрических токов в узле равна нулю:

(2)

Узлом называется такая точка цепи, в которой соединяются три и более проводника. Тогда для узла C схемы, изображенной на рисунке 1, получаем:

(3)

При записи формулы (3) принималось, что токи, входящие в узел, имеют положительный знак, а токи, которые вытекают из узла, имеют отрицательный знак.

Используя это правило, для узла D можно записать:

(4)

При условии равновесия мостика , тогда из формул (3) и (4) получаем:

(5)

Второе правило Кирхгофа представляет собой выражение закона сохранения энергии для замкнутого контура. Второе правило Кирхгофа утверждает, что для любого замкнутого контура некоторой цепи алгебраическая сумма падений напряжений равна алгебраической сумме электродвижущих сил, действующих в этом контуре:

(6)

 

Чтобы применить второе правило Кирхгофа, нужно в изучаемой цепи выбрать замкнутый контур, например, контур ACDA или контур CBDC в цепи, изображенной на рисунке 1. Затем нужно выбрать направление обхода контура, как например, направление обхода контура ACDA. Теперь токи, направление которых совпадает с направлением обхода, считать положительными, а токи, направление которых противоположно направлению выбранного контура, считать отрицательными. ЭДС источника тока считается положительное, если этот источник создает ток, направление которого совпадает с направлением обхода контура. Другими словами, ЭДС имеет положительный знак, если при обходе по выбранному контуру полюса ЭДС идут от отрицательного полюса к положительному полюсу источника.

Используя второе правило Кирхгофа для контура ACDA можно записать:

(7)

Так как равновесию мостика соответствует условие , то формула (7) будет иметь вид:

(8)

Аналогично, для контура CBDC второе правило Кирхгофа дает:

(9)

Учитывая условие равновесие мостика , формулу (9) можно записать в виде:

(10)

Тогда формулы (8) и (10) можно записать в виде:

(11)

Из формулы (11) следует: (12)

Используя формулы (5) для выражения (12), получаем:

(13)

Из формулы (13) находим неизвестное сопротивление:

(14)

В качестве сопротивления можно использовать магазин сопротивлений. Двумя другими сопротивлениями и могут быть также магазины сопротивлений, или могут быть некоторые постоянные сопротивления, как это использовано в данной лабораторной работе, или плечи реохорда.

На рисунке 2 приведена мостиковая схема с использованием реохорда АВ. По проволоке реохорда АВ перемещают подвижный контакт Д, соединенный с гальванометром. Этот контакт делит реохорд на части АД и ДВ. Так как проволока реохорда однородна и тщательно калибрована, отношение сопротивлений участков АД и ДВ (плеч реохорда) можно заменить отношением соответствующих длин плеч реохорда, то есть:

(15)

Здесь - длина участка АД, а - длина участка ДВ при условии, что через гальванометр не протекает ток, . Как правило, точность моста с реохордом ниже точности моста с магазинами сопротивлений. Так как трудно обеспечить одинаковую толщину проволоки реохорда по всей его длине.

R0

C

Rx

G

D

K1

A

B

K

Рис. 2

 

Метод моста сопротивлений, соответствующий рисунку 1 является методом нулевых измерений, так как в этом случае производится непосредственное сравнение сопротивлений, а гальванометр используется в качестве индикатора отсутствия тока (нуль – гальванометр). Поэтому точность измерения определяется только точностью магазинов сопротивлений и чувствительностью гальванометра.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: