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

63 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

22488. Навигация и интерфейс в средах виртуальной реальности 510 KB
  Работа посвящена исследованию и сравнительному анализу сред навигации интерфейса в средах виртуальной реальности для систем компьютерной визуализации, предназначенных для представления больших и очень больших объемов информации, генерируемых при супервычислениях. В ходе работы будут предложены средства навигации и интерфейса для виртуальной среды.
22489. ЦЕНТРАЛЬНАЯ РАЙОННАЯ ПОЛИКЛИНИКА. ОБЗОР. ПРИНЦИПЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ, СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ 133 KB
  Повышение роли профилактики заболеваний и формирование здорового образа жизни. Развитие современных медицинских технологий и расширение их доступности. Улучшение финансового обеспечения государственных гарантий бесплатной медицинской помощи. Сглаживание неравенства в доступности медицинской помощи для различных групп населения. Расширение возможностей граждан влиять на систему здравоохранения.
22490. Разработка методик визуализации для представления работы параллельных программ 582 KB
  Объект исследования: система RiDE, разрабатываемая для программирования в параллельных распределённых средах. Цель работы: разработка методик визуализации для представления работы параллельных программ, написанных для системы RiDE. Разработка программы-визуализатора.
22491. Разработка специализированной среды трехмерной динамической визуализации 479.62 KB
  Трехмерная графика реального времени связана с анимацией и интерактивным взаимодействием с пользователем. Одной из первых сфер применения трехмерной графики реального времени были военные авиатренажеры...
22492. Визуальная среда обучения программированию на языке Haskell 450 KB
  Язык программирования Haskell – это «ленивый» функциональный язык программирования с полиморфизмом типов. Основное понятие в нем – это функции. Но функции есть в любом языке программирования! В языках Pascal, Java...
22493. Разработка средств поддержки процесса проектирования интерфейсов 230 KB
  Однако качество цифровых продуктов с точки зрения взаимодействия с пользователем оставляло желать лучшего. Причина кроется в том, что определением конечной формы и поведения программ занимались программисты, ориентированные на качественное и быстрое выполнение технической стороны.
22494. SELECT в SQL Oracle. Основные возможности 335 KB
  1] Основные фразы запроса: SELECT и FROM [3.1] Фраза SELECT [3. В противном случае вы должны иметь привилегию SELECT по отношению к таблице.
22495. ОБРАБОТКА, ХРАНЕНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ ДЛЯ ЗАДАЧ КАРДИОМОНИТОРИНГА 1.92 MB
  В данной работе изучается задача кардиомониторинга; рассматриваются основные понятия, связанные с построением электрокардиограммы; вводится понятие кардиорегистратора, описываются виды регистрации показаний. Ставится задача о разработке программного обеспечения, которое будет принимать поток данных, разбивать его на отведения