13350

Визначення опору провідника за допомогою моста сталого струму (моста Уітстона)

Лабораторная работа

Физика

Лабораторна робота № 3 Тема: Визначення опору провідника за допомогою моста сталого струму моста Уітстона. Мета: ознайомитись з класичним методом вимірювання опору за допомогою мостової схеми. Прилади і пристрої: стрілковий гальванометр з нульовою точкою мага

Украинкский

2013-05-11

581.5 KB

54 чел.

Лабораторна робота № 3

Тема: Визначення опору провідника за допомогою моста сталого струму (моста Уітстона).

Мета: ознайомитись з класичним методом вимірювання опору за допомогою мостової схеми.

Прилади і пристрої: стрілковий гальванометр з нульовою точкою, магазин опорів до    1кОм, кнопка-вимикач, джерело струму.

Теоретичні відомості.

Для вимірювання невідомих опорів користуються найпоширенішим методом моста сталого струму, який ґрунтується на законах розгалужених електричних кіл. Розрахунок таких кіл спрощується, якщо скористатись двома правилами Кірхгофа. Перше стосується вузлів електричного кола. Вузлом називається точка А, в якій сходяться більше ніж два провідники (рис. 1). Вважається, що струм, який тече до вузла, має один знак, а той, що витікає з вузла, – протилежний йому. Згідна з першим правилом Кірхгофа, алгебраїчна сума струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю:

                          (1)

Такі рівняння можна записати для кожного з N вузлів електричного кола. Незалежними буде (N - 1) рівнянь, де N – те рівняння, що випливає з них.

Виділимо у розгалуженому колі (рис. 2) довільний замкнений контур ABCD, задамо напрям цього обходу і застосуємо до кожної з нерозгалужених ділянок закон Ома:

                                 (2)

де I1, I2, I3, I4 – сила струму;  R1, R2, R3, R4 – опори ділянок кола;  1, 2, 3, 4 – потенціали;  1, 2, 3, 4 – електрорушійні сили джерел струму.

У результаті додавання рівнянь  системи (2) отримуємо друге правило Кірхгофа:

.                                       (3)

Принципову схему методу моста Уітстона зображено на рис. 3. Міст складається з невідомого опору Rх , який треба виміряти, і трьох відомих опорів R1, R2, R3, що утворюють замкнений чотирикутник. Опори R1, R2, R3, Rх утворюють плечі моста, а джерело струму і гальванометр введені в його діагональ.

Застосовуючи до контурів ACD і CBD друге правило Кірхгофа, отримуємо (обходячи коло за годинниковою стрілкою) :

 .                                                   (4)

Тепер, застосовуючи до вузлів С і D перше правило Кірхгофа, отримуємо:

.                                                                (5)

Якщо при замкнених ключах К1 і  К2 стрілка гальванометра залишається на нульовій позиції, тобто струм через гальванометр не протікає (Іr=0), то з рівнянь систем (4) і (5) дістанемо:

;                               (6)

.                                        (7)

Підставимо рівняння системи (7) у систему (6). Одержимо:

                         ;

і звідси, поділивши перше рівняння на друге, отримаємо співвідношення для опорів плечей моста:

.                                 (8)

У цьому випадку говорять, що міст врівноважений (збалансований). Описана схема дозволяє виміряти невідомий опір Rx , знаючи опори R1, R2, R3 . Ділянка CD називається мостом; тому метод називається мостовим. Опір R1 називається плечем порівняння, а опори R2, R3плечами співвідношення. Для балансування моста немає потреби в тонкому регулюванні усіх трьох опорів. У мостових схемах, усі плечі яких виконані у вигляді магазинів опорів, тонке регулювання здійснюється в плечі порівняння, а плечі співвідношення виконуються з декадних котушок, які задаються співвідношенням . Зауважимо, що таким методом не можна виміряти малі опори, тому що при цьому через схему протікатиме великий струм, і з’являються великі похибки.

Порядок виконання роботи.

  1.   Складіть електричне коло за схемою рис. 3.
  2.   Ввімкніть джерело живлення сталого струму (6В).
  3.   Поставте довільне значення магазину опорів.
  4.   На короткий час ввімкніть ключ К, спостерігаючи за стрілкою гальванометра. Змінюючи опір R1, добийтесь такого стану,  коли стрілка гальванометра стане на   нуль (R2, R3 задані за умовою).
  5.   Запишіть з магазину опорів значення R1 і обчисліть  

 .

  1.   Дослід проробіть для кожного із п’яти заданих невідомих опори Rx . Кожний опір  виміряйте п’ять разів і знайти середнє значення опору.
  2.   Зробіть висновок.

Контрольні запитання.

  1.   У чому полягає сутність мостового методу вимірювання опору?
  2.   Яка формула зв’язку між опорами плечей мосту за умови його рівноваги? Виведіть її.
  3.   Чи можна використати міст Уітстона для вимірювання малих опорів?  


Рис. 1

Рис. 2

ис. 3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71825. Ортогональные латинские квадраты 294 KB
  Найти все множества взаимно ортогональных латинских квадратов порядка n если при наложении одного из них на другой каждая из n возможных пар элементов встречается ровно один раз. Пример латинского квадрата 3го порядка: Точная формула для числа Ln латинских квадратов nго порядка неизвестна.
71826. Исследование Рекуррентного соотношения ряда Фибоначчи 393 KB
  Условие задачи Показать что любое натуральное число N можно представить в виде суммы чисел Фибоначчи причем каждое число входит в сумму не более одного раза и никакие два соседние числа не входят вместе. Ее называют последовательностью Фибоначчи – по имени итальянского математика 13 в.
71827. Упрощенная схема управления лифтом 329 KB
  Для сравнения элементарная алгебра занимается арифметическими выражениями и операциями. Логические операции Логические операции булевой алгебры подобны арифметическим операциям элементарной алгебры. В такой таблице в колонках стоят операнды операции и сама операция...
71828. Исследования задач о двух ортогональных латинских квадратах 190 KB
  Вывести формулу по которой из значений элементов двух ортогональных латинских квадрата порядка n можно получить значения элементов нового латинского квадрата порядка n. Пример латинского квадрата 3го порядка: Теоремы Теорема 1 Для n 1 существует не более n−1 попарно...
71829. Разработка логических функций для управления подвижной площадки с тремя электродвигателями-колесами 181 KB
  Алгебра логики (алгебра высказываний) — раздел математической логики, в котором изучаются логические операции над высказываниями. Чаще всего предполагается, что высказывания могут быть только истинными или ложными.
71830. Пульт телеуправления подвижным объектом 156 KB
  Логические операции булевой алгебры подобны арифметическим операциям элементарной алгебры. В такой таблице в колонках стоят операнды операции и сама операция а в строках   различные значения операндов и результат применения к ним данной операции.
71831. Схема управления электродвигателем объекта совершающего возвратно-поступательное движение 170.5 KB
  Конечность области определения функции имеет важное преимущество –- такие функции можно задавать перечислением значений при различных значениях аргументов. Для того чтобы задать значение функции от n переменных надо определить значения для каждого из 2n наборов.
71832. Разработка стратегии восстановления темпов роста объемов продаж через оптимизацию ассортимента и проведение поддерживающих организационных изменений 1.92 MB
  Большее понимание менеджерами отдела продаж потребностей клиентов за счет фокусирования своей работы на конкретной товарной группе и клиентской базе данной товарной группы; сокращение времени обработки заказов за счет хорошего знания ассортимента и клиентов определенной товарной группы; возможность качественного предложения альтернативных вариантов товара на замену отсутствующего в данный момент товара; оперативное и качественное продвижение новых товаров через клиентов своей товарной группы...