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

20677. Классический позитивизм и эмпириокритицизм в истории философии 100.5 KB
  Таким образом по мнению позитивистов право на истинность получает знание сообщаемое исключительно наукой а единственными методами познания выступают естественнонаучный инструментарий. Историю обществоведение по его мнению следует обогатить точными методами и экспериментами. По мере смены этих форм господства по мнению СенСимона происходит смена форм мировоззрения: для феодализма характерно религиозное для индустриализма – научное воззрение на мир. По его мнению научная социология или социальная физика должна стать единственным...
20678. Структурализм в философии 35.5 KB
  Так же известными представителями данного течения были ЛевиСтросс Альтюссер Фуко и Лакан выступившие против экзистенциализма идеалистического субъективизма персонализма историцизма и плоского эмпиризма. Клод ЛевиСтросс 1908 – французский философ социолог этнолог считается основателем структурной школы в этнологии и современного философского структурализма. Структуралистская концепция ЛевиСтросса отразила широкий диапазон накопленных знаний в естественных и гуманитарных науках. Так например ЛевиСтросс особое значение придал...
20679. Философская герменевтика 43.5 KB
  Гадамер. Ганс Георг Гадамер немецкий философ родился в 1900 умер в 2002 году. Главным герменевтическим сочинением Гадамера признана работа Истина и метод I960. Хайдеггер Диалектика Гегеля 1971 Путь Хайдеггера 1983 четырехтомник Малых работ 19671977 Гадамер в своих ранних произведениях анализирующих античную философскую культуру стремится использовать герменевтический метод преподнося концепцию понимания как интерпретацию а концепцию познания как поиска согласия в диалоге.
20680. Экзистенциальное учение в творчестве Мартина Хайдеггера 48.5 KB
  Основным его трудом признана работа Бытие и время 1927 в которой ставится акцент на необходимость в изучении онтологической проблематики первоначально понять кто вопрошает о смысле бытия и предлагается экзистенциальное раскрытие сути вопрошающего. Рассматривая творчество Хайдеггера через призму экзистенциального учения необходимо прежде всего обратиться к работе Бытие и время. По Хайдеггеру человек имеет определённую бытийную способность которая вынуждает нас искать нечто обозначаемое как здесь – бытие Dasein или наличное...
20681. «Философия существования» в произведениях Ж.-П. Сартра 46.5 KB
  Сартра. ЖанПоль Сартр 19051980 французский писатель и философ центральной проблемой творчества которого было отношение сущности и существования. Сартр считал основываясь на феноменологии что не возможно воспринять подлинную сущность объекта можно лишь фиксировать существование экзистенцию в том числе и существование человека. Сартр проявлял интерес к марксистскому учению.
20682. Философия науки в 20 веке (постпозитивистские течения) 72 KB
  Философия науки направление в философии которое предметом своих исследований избирает научное знание то есть стремится понять основные принципы лежащие в основе естественных наук как таковых. В этом разделе обсуждаются вопросы о сущности науки её отличия от мифов религии связи с социокультурным историческим уровнем развития общества. Затрагиваются проблемы ценности и этичности научного познания методологии и целей развития науки и т.
20683. Религиозная философия Соловьёва В.С. 53 KB
  Поэтому только с опорой на веру в действительность мира опыт может привести к объективному знанию которое приобретает научную форму посредством рационального мышления. Очень важной здесь является аналогия с исследованием естественного мира в творчестве Соловьёва по той причине что позволяет преодолеть ограниченность фейербаховской философской антропологии. На первое место выходит дуализм мира удалённого и горестного для человека. Под материей философ здесь подразумевает не вещество а говорит о присущей Абсолютному жажде бытия...
20684. Отделы сосудистой системы и роль каждого отдела 188 KB
  Кровеносная система состоит из сердца и системы сосудов, которые подразделяются на артерии (сосуды, несущие кровь от сердца), вены (сосуды, несущие кровь к сердцу) и сосуды микроциркуляторного русла. Обеспечивает непрерывное движение (циркуляцию) крови в организме животных.
20685. Аналіз механізмів компенсації вартості лікарських засобів різних країн 229 KB
  Чітке і правильне розуміння майбутнього механізму реімбурсації є важливим не лише для політиків і розробників відповідних законопроектів у сфері медичного страхування, а й для представників фармацевтичної галузі. Для останніх правильне і своєчасне бачення майбутніх регуляторних передумов для відшкодування вартості ліків