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

43121. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА. РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 375 KB
  Определяем общий коэффициент полезного действия КПД привода где коэффициенты полезного действия ременной передачи цилиндрической передачи редуктора муфты и опор подшипников. где предел контактной выносливости для углеродистых сталей твердостью поверхностей зубьев менее НВ 350 и термической обработкой улучшением коэффициент долговечности при числе циклов нагружения больше базового что имеет место при длительной эксплуатации редуктора принимаем ; коэффициент безопасности; коэффициент учитывающий влияние...
43122. Разработка технологического процесса изготовления и сборки вала H40-ИНА 125.02.106 802 KB
  Графический материал объемом 4 листа формата А1 в том числе чертеж сборки заданного узла анализ точности изготовления операционные эскизы чертеж приспособления. Схема представлена на листе КП.106 Технологические схемы сборки приведены на листе 1.203 показаны на листе КП.
43123. Реконструкция четырехэтажного жилого дома серии 1-447 С-35 451 KB
  Характеристика объёмнопланировочного конструктивного и архитектурнохудожественного решения здания подлежащего реконструкции. Объемно планировочное решение здания и его соответствие нормативным требованиям Конструктивное решение здания и техническое состояние несущих и ограждение элементов Архитектурнохудожественное решение здания его соответствие требованиям предъявляемым к застройке Перечень и содержание мероприятий необходимых при проведении реконструкции здания Объемнопланировочное...
43124. Обработка числовых данных с использованием ППП 101 KB
  Исходные данные представлены в виде ряда чисел, связанных между собой последовательностью Х1-У1, Х2-У2 и т.д. Данные имеют уточнение в два знака после запятой. Все остальные данные, необходимые для выполнения поставленной задачи, рассчитываются в ходе выполнения контрольно - курсовой работы и определяются разработчиком. Так, все необходимые выходные данные будут округлены до целого значения. Промежуточные расчетные данные будем оставлять без изменений (по умолчанию уточнение до четвертого знака после запятой).
43125. Складання кошторису витрат на проведення капітального ремонту фільтр пресу для стічних вод 664.5 KB
  Обладнання на хімічних підприємствах працює, як правило, в особливих умовах: високо агресивні середовища (що викликає корозію), сили тертя та ін.. Режим роботи обладнання дуже напружений ( в дві, три зміни) без зупинок у вихідні та святкові дні. Всі ці умови мають суттєвий вплив на фізичний знос обладнання. Для підтримання основних виробничих фондів у працездатному стані необхідні повсякденний нагляд, догляд і періодичний їх ремонт. Для попередження передчасного зносу вузлів і агрегатів технічного обладнання ремонтні служби здійснюють технічне обслуговування, планово-попереджувальний ремонт, модернізацію обладнання, часткове виготовлення запасних частин, пристосувань та інструмента, механізацію трудомістких і важких ремонтних робіт.
43126. Система управления процессом врезного шлифования 631.5 KB
  Система управления должна обеспечить на начальном этапе обработки выход режима шлифования без перерегулирования на заданный программный уровень за время tп. Первый этап работы включает в себя расчёт статического режима системы по заданной точности стабилизации выходных величин. Конечной задачей является синтез регулятора частотным методом. На этом этапе коэффициент резания будет считаться величиной постоянной. На втором этапе производится синтез регулятора методом вектора скорости по заданным требованиям к динамике с учётом диапазона и скорости изменения коэффициента резания, который является функцией от времени .
43127. Розробка програми математичний калькулятор на мові Сі++ 376 KB
  Програмування являє собою комплекс по написанню системи програмних кодів, які здійснюватимуть керування тією чи іншою інформаційною системою, взаємодія з якою здійснюється через інформаційні технології.
43128. Проектирование системы телеуправления 296.5 KB
  На выходе шифратора устанавливается двоичнодесятичный код номера объекта. Если все переключатели находятся в положении ВЫКЛ то 1 на выходе E DD1 запретит работу элемента DD2 преобразователя двоичнодесятичного кода в двоичный при этом на выходах DD2 будут все единицы и при нажатии кнопки ПУСК в линию связи уйдёт команда для несуществующего объекта. С нажатием кнопки ПУСК ФКИ выработает импульс 0 который по положительному фронту 1го же импульса ГТИ установит DD13 в 0 е состояние а на его инверсном выходе появится 1 по второму...
43129. Расчет принципиальной тепловой схемы установки К-300-240 ЛМЗ2 517.5 KB
  Основные технические характеристики Номинальная мощность МВт 300 Начальные параметры: давление МПа 235 температура 0С 545 Параметры промежуточного перегрева на выходе из ЧВД: давление МПа 305 температура 0С 284 на входе в ЦСД: давление МПа 275 температура 0С 545 Конечное давление МПа 000366 Число регенеративных отборов 8 Число подогревателей: низкого давления 5 высокого давления 3 Давление в деаэраторе МПа 0685 Температура питательной воды 0С...