11300

Измерение сопротивлений резисторов

Лабораторная работа

Физика

Измерение сопротивлений резисторов Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения сопротивлений резисторов методом моста Уинстона. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения ...

Русский

2013-04-05

331 KB

30 чел.

Измерение сопротивлений резисторов

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения сопротивлений резисторов методом моста Уинстона.

Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество»).

Печатается по решению методической комиссии факультета

«Нанотехнологии и композиционные материалы»

Рецензент доцент каф. физики, к.ф.-м.н.  И.В. Мардасова

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ РЕЗИСТОРОВ

Цель работы: 

1. Изучение основных электрических соотношений в электрической схеме моста Уитстона.

2. Выработка навыков параллельного и последовательного соединения проводников и изучение электрических параметров при этих соединениях.

Оборудование: источник постоянного тока на 6 В; реохорд (реостат, включённый как потенциометр); магазин эталонных резисторов; измеряемые неизвестные резисторы; индикатор нуля. 

  1.  Теоретическая часть.

Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I -скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени: I=dQ/dt .

Ток, сила и направление которого не изменяется со временем, называется постоянным. Для постоянного тока I=Q/t, где Q -электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника. Единица силы тока – ампер (А).

Для существования в цепи постоянного тока необходимо наличие устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними. 

Физическая величина, определяемая работой Аст , совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда Q0 , называется электродвижущей силой (э.д.с.), действующей в цепи:    =Aст/Q0 . Единица измерения э.д.с. – вольт (В).

Напряжение — это физическая величина, численно равная суммарной работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи:

                                  .

При отсутствии сторонних сил напряжение совпадает с разностью потенциалов φ1 - φ2. Единица измерения напряжения – вольт (В).

Немецкий физик Г.Ом экспериментально установил, что сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:

                                                    -                                        (1)

закон Ома для участка цепи не содержащего источника э.д.с.

Для неоднородного участка цепи (участока цепи, где действует э.д.с.) закон Ома принимает вид:

                         

                              ,                           (2)

где     - э.д.с., действующая на участке цепи, (φ1 - φ2 ) - разность потенциалов, приложенная на концах участка.

Сопротивление однородного участка цепи R характеризует свойство проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока и зависит от геометрических размеров, формы проводника, материала, из которого проводник изготовлен, и  температуры. Единица сопротивления – ом (Ом): 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток 1 А.

На практике обычно используют проводники цилиндрического вида длиной  и площадью поперечного сечения . Для однородного линейного проводника R определяется:

                               (3)

где - это удельное электрическое сопротивление, характеризующее материал проводника. Единица удельного электрического сопротивления – Ом-метр (Омּм). 

Последовательное соединение проводников.

                        (4)

Параллельное соединение проводников.

   

   

   

  .                    (5)

  1.  Описание экспериментальной установки

Метод моста Уитстона применяется в настоящее время для разнообразных электрических измерений, в частности для измерения омических сопротивлений, т.е. сопротивления в цепях постоянного тока.

               

Рис. 3. Схема моста Уитстона:

источник постоянного тока (  ); реохорд (реостат, включённый как потенциометр); магазин эталонных резисторов (); измеряемые неизвестные резисторы (); индикатор нуля (ИН).

Схема моста Уитстона состоит из двух параллельных ветвей (ABC и АDС), между которыми переброшен мост (диагональ ВD). В диагональ, включен индикатор нуля, как показано на рис. 3.

Ток, протекающий через индикатор нуля, зависит от сопротивлений , ,  и . Изменяя  и , можно подобрать такие их значения, при которых ток в диагонали моста станет равным нулю. В этом случае говорят о балансе моста. При балансе ток через сопротивления  и  равен , а через сопротивления  и , соответственно,  .

Отсутствие тока в диагонали ВD свидетельствует о том, что разность потенциалов на концах диагонали BD равна нулю, т. е.

                                                           (6)

Так как напряжение на участке цепи, на котором не действуют сторонние силы (однородном участке цепи), равно разности потенциалов на его концах, то

  .  

Учитывая равенство напряжений при параллельном соединении проводников, можно записать

                         (7)

По закону Ома для однородного участка цепи (1):

   (8)

Подставив (8)  в (7), получим :

Отсюда следует, что

Получим:

.

С учетом  (3) получим:

                                     ,                             (9)

где -сопротивление неизвестного резистора, - сопротивление эталонных резисторов, -длина реохорда, - длина плеча реохорда.

 

  1.  Порядок выполнения лабораторной работы:

1.  Собрать цепь по схеме, изображенной на рис.3, подсоединив неизвестное сопротивление .

2.  Установить движок реохорда посередине шкалы.

3. Подбором эталонных сопротивлений на магазине добиться отсутствия тока через индикатор нуля. Значения ,, занести в таблицу 1.

4.  Переместить движок реохорда на 2 -2,5 см влево. Повторить пункт 3.

5.  Переместить движок реохорда на 2-2,5 см вправо. Повторить пункт 3.

6.  Рассчитать по формуле (9) для трёх значений  сопротивление . Результаты занести в таблицу 1. Найти среднее значение .

7.  Повторить пункты 2-6 для неизвестного сопротивления. 

8.  Соединить измеренные резисторы  и  последовательно и повторить пункты 2-6. Результаты занести в таблицу 2.

9. Используя средние значения  и  вычислить сопротивление  для последовательного соединения по формуле (4).

10. Оценить относительную погрешность:

                                                      (10)

Результаты занести в таблицу 2.

11.  Соединить измеренные резисторы  и  параллельно и повторить пункты 2-6. Результаты занести  в таблицу 2.

12. Используя средние значения  и  вычислить сопротивление  для параллельного соединения по формуле (5).

13. Оценить относительную погрешность по формуле (10).

Результаты занести в таблицу 2.

 

                                                                  Таблица 1.

[ ]

мм

мм

Ом

Ом

Ом

%

Первое сопротивление :

1

2

3

ср

Второе сопротивление :

1

2

3

ср

Таблица 2.

,

,

,

[ ]

мм

мм

Ом

Ом

Ом

%

Ом

%

При последовательном соединение и :

1

2

3

ср

При параллельном соединение и  :

1

2

3

ср

Контрольные вопросы

  1.  Что называется постоянным электрическим током? Какими параметрами он характеризуется?
  2.  Сформулируйте закон Ома для участка цепи, содержащего и не содержащего ЭДС.
  3.  Сформулируйте закон Ома для полной цепи в дифференциальной форме.
  4.  В чем заключается физическая сущность сопротивления по классическим представлениям?
  5.  Сформулируйте основные соотношения для силы тока, напряжения и сопротивления при последовательном и параллельном соединении сопротивлений.
  6.  В чём заключается метод мостового соединения? Сделайте вывод расчётной формулы для , основываясь на работе моста Уитстона.
  7.  В чем заключается физический смысл ЭДС?
  8.  Сформулируйте правила Кирхгофа и по предложенной преподавателем схеме составьте систему уравнений для определения неизвестных токов.

Рекомендуемая литература

  1.  Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. шк., 2004.
  2.  Справочное руководство по физике. Ч.1. Механика, молекулярная физика, электричество, магнетизм: Учеб.-метод. пособие./B.C. Кунаков, И.Н. Егоров, С.И. Егорова, Г.Ф. Лемешко, В.С. Ковалёва.- Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2008.-56с.
  3.  Электростатика. Постоянный электрический ток: учеб. пособие./B.C. Кунаков, И.В. Мардасова, О.М. Холодова, В.А. Тызыхян. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2010. – 66 с.

Редактор А.А.Литвинова

В печать

Объём 0,7 усл.п.л. Офсет. Формат 60х84/16.

Бумага тип №3. Заказ №       . Тираж  50 экз . Цена           

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344010, г.Ростов-на-Дону, пл.Гагарина,1.


EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Рис.1

EMBED Equation.2  

EMBED Equation.2  

EMBED Equation.2  

I2

Рис.2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83487. Придбання і втрата громадянства 37.17 KB
  Виділяють наступні способи набуття громадянства: філіація; натуралізація укорінення; поновлення в громадянстві реінтеграція; дарування громадянства; оптація; трансферт. Філіація або набуття громадянства за народженням базується на двох принципах: права крові jus snguinis та права ґрунту jus soli. Різновидом натуралізації є спрощений порядок набуття громадянства певними категоріями осіб.
83488. Режим іноземців. Особи без громадянства 35.93 KB
  До іноземців окрім іноземних громадян також відносять осіб без громадянства. Режим правове положення іноземців визначають як сукупність прав та обов’язків іноземців на території даної держави. Режим іноземців встановлюється внутрішнім законодавством держав з врахуванням їх міжнародних зобов’язань.
83489. Біженці, вимушені переселенці. Право притулку 39.38 KB
  В якості біженців не розглядаються особи що винні у скоєнні: злочину проти миру воєнного злочину або злочину проти людяності; важкого злочину аполітичного характеру поза країною що надала притулок; дій що суперечать цілям та принципам ООН. Право притулку – право кожної людини шукати притулок від переслідування в інших державах та користатися цим притулком а також право держави дозволяти в’їзд та проживання на її території особі яка переслідується в іншій державі за політичними мотивами. Територіальний притулок означає що держави...
83490. Покоління прав людини 37.26 KB
  До першого покоління відносяться лише громадянські і політичні права. Тому права першого покоління іменуються негативними оскільки їх реалізація передбачає невтручання держави Початок формування другого покоління прав людини здебільшого пов’язують із прийняттям Веймарської конституції 1919 р. Друге покоління складають соціальні економічні та культурні права. Це покоління позитивних прав оскільки їх реалізація потребує втручання з боку держави та зі лежить від рівня економічного розвитку держави.
83491. Класифікація прав і свобод людини 34.69 KB
  До громадських відносяться наприклад право на життя і особисту недоторканністьправо дотримуватися своєї думки і вільно її висловлювати свобода пересування. До політичних прав перш за все відноситься право брати участь у веденні державних справ обирати і бути обраним на основі загального і рівного виборчого права. Зокрема виділяють: право на працю включаючи право на справедливі і сприятливі умови праці; право на створення профспілок і на проведення страйків; право на соціальне забезпечення право сімї на охорону і допомогу право на...
83492. Принцип поваги прав людини 36.62 KB
  Основу міжнародноправового захисту прав людини складає принцип поваги прав людини і основних свобод. Принцип поваги прав людини і основних свобод отримав визнання з ухваленням Статуту ООН у 1945 р. Генеральна Асамблея ООН прийняла Загальну декларацію прав людини у якій сформульовані основні права людини.
83493. Поняття міжнародно-правових стандартів у сфері прав людини 34.38 KB
  Міжнародноправові стандарти прав людини це узгоджені державами загальнолюдські права і свободи обов\'язкові для держав заходи із забезпечення прав і свобод та охорони їх від посягань а також надання особі юридичної можливості реалізовувати і захищати визнані права і свободи. Можна позначити наступні функції стандартів: визначення переліку прав і свобод що відносяться до категорії основних і обов\'язкових для всіх держав; формулювання головних рис змісту кожного з цих прав кожної з цих свобод які повинні бути втілені у відповідних...
83494. Основні міжнародно-правові акти про права людини 38.45 KB
  Зокрема до таких договорів відносяться: Міжнародна конвенція про ліквідацію всіх форм расової дискримінації 1966 р.; Конвенція про запобігання злочину геноциду та покарання за нього 1948 р.; Конвенція про припинення злочину апартеїду та покарання за нього 1973 р.; Конвенція про рабство 1926 р.
83495. Спеціалізовані органи ООН із захисту прав людини 38.82 KB
  Рада з прав людини ООН є міжурядовим органом у системі ООН складі представників 47 держав що відповідає за зміцнення діяльності щодо заохочення і захисту прав людини по всьому світу. з основною метою реагування на ситуації порушення прав людини і винесення рекомендацій по них та прийшла на зміну Комісії ООН з прав людини утвореної в 1946 р. Основна відмінність Ради від Комісії полягає в тому що вона є допоміжним органом Генеральної Асамблеї ООН а не ЕКОСОР та до її функцій входить здійснення загальної координації діяльності із захисту...