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

49901. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРЕДНЕЙ СТОИМОСТИ ЖИЛОЙ НЕДВИЖИМОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОСЕТИ 382.5 KB
  Принципы и методы прогнозирования и оценки недвижимости. Методы оценки недвижимости основанные на сравнении рыночной информации Методы оценки недвижимости основанные на анализе затрат.
49902. Искусственный нейрон. Алгоритм обратного распространения 467.33 KB
  Нейронные сети обратного распространения – это мощнейший инструмент поиска закономерностей, прогнозирования, качественного анализа. Такое название – сети обратного распространения (back propagation) они получили из-за используемого алгоритма обучения, в котором ошибка распространяется от выходного слоя к входному, т.е. в направлении...
49903. Расчёт конденсатора паровой турбины 840 KB
  Расчет поверхностного конденсатора Тепловой расчет конденсатора Гидравлический расчет конденсатора Расположение трубок в конденсаторе
49904. Использование нейронных сетей при моделировании цен на подержанные автомобили 564.5 KB
  Что такое нейронные сети Зачем нужны нейросети и нейрокомпьютеры Примеры использования нейросетей Чем обусловлено рождение новой науки. НЕЙРОСЕТИ: ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Что такое нейронные сети Прежде всего когда мы говорим о нейронных сетях то чаще имеем в виду искусственные нейронные сети. Некоторые из них моделируют биологические нейронные сети некоторые нет.
49906. Использование нейронных сетей для прогнозирования моделей цифрового фотоаппарата фирмы Nikon 649.5 KB
  Искусственные нейронные сети Нейронные сети –- это набор нейронов соединенных между собой. Нейронные сети и нейрокомпьютеры это одно из направлений компьютерной индустрии в основе которого лежит идея создания искусственных интеллектуальных устройств по образу и подобию человеческого мозга. Искусственный нейронные сети в значительной мере заимствуют принципы работы головного мозга.
49907. Игра “Восемь ферзей” 86 KB
  В результате выполнения указанной процедуры получим следующий словарь предметной области: Поле для игры в шахматы TField €œАтрибуты Координата Х Координата Y Цвет клетки Ферзи Действия нарисоваться Pint€...
49908. Зведення та опорядження 5ти поверхового будинку 893.02 KB
  Основні вказівки по технології ведення монтажний робіт 10.Вибір вантажозахватних пристроїв При виборі кранів для виконання будівельних монтажних робіт необхідно визначити монтажні характеристики конструкцій які зводяться ; за технікомонтажними характеристиками підібрати кран. Додаток 9 № Назва Галузь застосування Ескіз Вантажопідйомність т Маса кг Технологічна висота м 1 2 3 4 5 6 7 1 Строп з чотирьох віток Монтаж сходових майданчиківплит перекриття і покриття 5 7 9 10 44 48 56 91 45 2 Строп з 4х віток дві з яких подовжені Монтаж...