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

56 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

44741. Минимизация и факторизация булевой функции 896.5 KB
  При переходе от кубической записи булевой функции к функциональной схеме переменные одного куба объединяются знаком конъюнкции, т.е. являются входами одной схемы И, все кубы объединяются друг с другом знаком дизъюнкции
44742. Экранирование магнитного поля 119 KB
  Конструкторно-технологические мероприятия по локализации возможности образования условий возникновения каналов утечки информации за счет побочных электромагнитных излучений и наводок в технических средствах обработки и передачи информации сводятся к рациональным конструкторно-технологическим решениям
44743. Cинус, косинус и тангенс острого угла прямоугольного треугольника 1.24 MB
  Цели урока: Образовательные: Проверить знания умения и навыки учащихся по темам Применение теории подобия треугольников при решении задач и Соотношение между сторонами и углами прямоугольного треугольника.
44744. Cинус, косинус и тангенс острого угла прямоугольного треугольника 10.57 MB
  Тип урока: подготовка к контрольной работе. Вид урока: традиционный Цели урока: Образовательные: Совершенствование навыков решения задач на применение теории подобия треугольников и соотношений между сторонами и углами прямоугольного треугольника; подготовить учащихся к контрольной работе.
44745. Значение синуса, косинуса и тангенса для углов 30, 45 и 60 градусов 3.18 MB
  Тип урока: комбинированный изучение нового материала закрепление изученного Вид урока: традиционный Цели урока: Образовательные: Научить учащихся вычислять значения синуса косинуса и тангенса углов 300 450 и 600; формировать навыки решения прямоугольных треугольников используя синус косинус и тангенс острого угла. Оборудование урока: доска с меловыми записями рабочие тетради учебник Геометрия 79 кл.
44746. Значение синуса, косинуса и тангенса для углов 30, 45 и 60 градусов. Часть 2 9.42 MB
  Формировать мировоззрение (правильные представления), связанное с ролью математики в науке, исследовании закономерностей реального мира, общностью математических абстракций, общностью отражения материального мира в математических понятиях
44747. Умножение десятичных дробей 36 KB
  Формировать умения умножать десятичные дроби, выполнять умножение десятичных дробей на 0,1; 0,01; 0,001; продолжить работу формированием навыка выполнять умножение десятичных дроби
44748. Умножение десятичных дробей 36.5 KB
  Умножение десятичных дробей. Тип урока: урок контроля Вид урока: традиционный Цели урока: Образовательные: Проверить умения умножать десятичные дроби выполнение умножение десятичных дробей на 01; 001; 0001. Оборудование урока: доска с меловыми записями рабочие тетради учебник Математика 5 кл.
44749. Умножение десятичных дробей на натуральные числа 243.5 KB
  Тема урока: Умножение десятичных дробей на натуральные числа. Тип урока: комбинированный изучение нового материала закрепление изученного Вид урока: традиционный Цели урока: Образовательные: Ознакомить учащихся с правилом умножения десятичной дроби на натуральное число; научить выполнять умножение десятичной дроби на натуральное число. Оборудование урока: доска с меловыми записями рабочие тетради учебник Математика 5 кл.