2527

Расчет цепей постоянного тока

Лабораторная работа

Физика

Повторение методов расчета цепей постоянного тока, ознакомление с компенсационным методом измерения электродвижущей силы (э.д.с.), измерение э.д.с. гальванического элемента.

Русский

2013-01-06

180.38 KB

10 чел.

Дата       Фамилия       Группа

 

Лабораторная работа №23

I.Название работы:

Цель работы

Повторение методов расчета цепей постоянного тока, ознакомление с компенсационным методом измерения электродвижущей силы (э.д.с.),  измерение э.д.с. гальванического элемента.

II.Краткое теоретическое обоснование:

 

Измерение э.д.с. Вольтметром

Простейшая электрическая цепь состоит из источника энергии (с э.д.с. ε и внутренним сопротивлением r) и нагрузки сопротивлением R. Принципиальная электрическая схема этой цепи представлена на рис. 1.

Клеммы 1 и 2 служат для включения в электрическую цепь источника энергии, а клеммы 3 и 4 служат для включения в электрическую цепь нагрузки. Сопротивление соединительных проводов будем считать очень малым и учитывать не будем.

Поэтому φ1 = φ 3, φ2 = φ4

Ток I в цепи определяется следующим уравнением:

I = ε / (r + R)

Напряжение UИCT источника энергии между клеммами 1 и 2, равное напряжению UH нагрузки между клеммами 3 и 4, меньше э.д.с. ε на величину Ir падения напряжения на внутреннем сопротивлении r источника. UИCT = UH = ε Ir.

Если измерять напряжение источника энергии вольтметром с сопротивлением R, то он покажет напряжение Uвольтметра = UH < ε

Вывод: Точно измерить э.д.с. ε вольтметром с сопротивлением R невозможно.   

                                         

Компенсационный метод измерения э.д.с.

При токе через источник энергии I = 0 падение напряжения Ir на внутреннем сопротивлении источника r будет равно нулю. Поэтому, при I=0

ε = UИCT

Для решения этой задачи обеспечения равенства нулю тока I подключим к клеммам 1 и 2 источника энергии вместо сопротивления R измерительный прибор, собранный по схеме рис. 2.

На рис. 2 через Rr обозначено сопротивление гальванометра с нулевой отметкой в центре шкалы. Он предназначен для определения равенства нулю тока I. По схеме рис. 2

I = (φ1 φA) / R

При I = 0 φ1 = φ а. Из той же схемы следует, что φ2 = φв Поэтому при I = 0

φ1 − φ2 = φа − φв

Так как, φ а − φ в = I1R1, а при I = 0 φ1 − φ2 = ε, то

                                 ε = I1 R1                                                         (1)

Из (1) следует, что при I = 0 э.д.с. ε компенсируется напряжением на сопротивлении R1.                                                 

Вывод: При I= 0 (определяется по гальванометру Г) измерение э.д.с. ε можно заменить определением напряжения на сопротивлении R1.

Определение напряжения на сопротивлении R1 при I = 0

Из рис. 2 при I = 0 получим схему измерительного прибора, представленную на рис. 3                              I1 = ε / (R1 + R2  + r1)                (2)

В лабораторной работе измеряется э.д.с. в гальваническом элементе, величина которой не более 1,6 В. Поэтому в качестве источника энергии схемы рис.З. используются три полуторавольтовых батарейки, подключенных последовательно к клеммам с и d. (r1 − сумма внутренних сопротивлений этих батареек, ε1 − их суммарная э.д.с).

С учетом (1) и (2) можно записать

                ε = I1 R1 = ε • (R1 /(R1 + R2 + r1))                      (3)

                                       Так как R1 >(R1 + R2 + r1), то

                                      ε = I1 R1

При ε < ε1 всегда можно подобрать значения сопротивлений R1и R2 так, что I1 R1 = ε в соответствии с уравнением (3). При выполнении этого равенства гальванометр Г покажет отсутствие тока I. Однако, э.д.с. ε1 и внутреннее сопротивление r1 в уравнении (2) нам неизвестны.

Кроме того, они со временем изменяются. Поэтому по найденным значениям R1 и R2 нельзя найти I1 R1  = ε.

Применение нормального элемента

 

Разработаны и широко применяются электрохимические устройства, называемые нормальными элементами. Их э.д.с. εнэ не изменяется со временем и известна. В лабораторной установке используется нормальный элемент с э.д.с. εнэ= 1,012 В.

ВНИМАНИЕ! Нормальные элементы могут включаться только кратковременно, при этом ток, проходящий через них, не должен быть большим. Иначе они станут неработоспособными.

Подключим к клеммам 3 и 4 измерительного прибора схемы рис.2 нормальный элемент вместо гальванического элемента с э.д.с. ε и изменяя сопротивления R1 и R1, добьемся нулевого показания гальванометра Г. Обозначим полученные значения сопротивлений R1 и R2 через R1 НЭ и R2 HЭ. Тогда в соответствии с (3)

εНЭ = ε (R1 НЭ / (R1 НЭ + R2 НЭ + r1 ))

За время измерения ε1 и r1 не изменяются. Примем

         R1 + R2 = R1 НЭ + R2 НЭ.                                (5)

При выполнении условия (5) ток I1 (см. рис. 3) не изменяется при обоих измерениях, т.е. при I = 0.

Разделим уравнение (3) на уравнение (4)

ε / εНЭ = ε1 • (R1 / (R1 + R2 + r1)): ε1 • (R1 НЭ / (R1 НЭ + R2 НЭ + r1 ))

Тогда с учетом (5) получим расчетную формулу для определения э.д.с. ε

ε / εНЭ = R1 / R1 НЭ

ВЫВОД. Значения R1 и R1 НЭ получены экспериментально, э.д.с. εНЭ известна.

Поэтому, по уравнению (6) рассчитывается неизвестная э.д.с ε с высокой точностью.                                             

 

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

ε / εНЭ = R1 / R1 НЭ

IV.Схема установки.

 V.Измерительные приборы и принадлежности.

Лабораторная установка содержит:

ГЭ − гальванический элемент, э.д.с. ε которого необходимо измерить.

НЭ − нормальный элемент с э.д.с. εНЭ = 1,102 В.

П − переключатель, включающий в схему гальванический элемент или нормальный элемент.

К1 − тумблер, включающий батарею Б.

К2 − кнопка, включающая измеряемый элемент.

Г − гальванометр с нулевой отметкой в центре шкалы.

М1 − магазин сопротивлений, напряжение на котором компенсирует э.д.с. ε или εНЭ

М2 − магазин сопротивлений, обеспечивающий постоянство тока через магазин М1 при обоих εНЭ

Б − батарея гальванических элементов.

VI.Результаты измерения.

R1, Ом

R2, Ом

R1 + R2 , Ом

8

1

9

R1 НЭ, Ом

R2 НЭ, Ом

R1 НЭ + R2 НЭ , Ом

8

1

9

VII. Черновые записи и вычисления.

ε = 1,102 • (1 / 1) = 1,102

8 + 1 = 8 + 1

9 = 9

VIII. Основные выводы.

Мы повторили метод расчета цепей постоянного тока, ознакомились с компенсационным методом измерения электродвижущей силы (э.д.с.),  измерили э.д.с. гальванического элемента.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71976. Неделя математики. Брейн – ринг для учащихся 9-х классов 45.5 KB
  Первыми садятся за игровой стол команды, которым досталась фишка с номером 1. После игры проигравшие покидают игровой стол, а их место занимает команда № 2. И так далее. Жюри фиксирует количество выигранных боёв и количество отгаданных вопросов, определяет победителей.
71977. МАТЕМАТИЧНИЙ КВК (для 5-6 кл.) 120 KB
  Мета: розвивати логічне мислення, кмітливість, культуру математичного мовлення, пам’ять, виховувати вміння і навички міркування, самостійність, інтерес до предмета, впевненість у собі. Формувати соціальні, полікультурні, комунікативні та інформаційні компетентності.
71978. Математична мозаїка 52.5 KB
  Людина із задоволенням працює, якщо захоплена роботою та любить її. Уміння бачити цікаве і дивуватися приносить дітям радість, стимулює до творчих пошуків, розвиває уяву, що особливо важливо на уроках математики. Таке вміння потрібно виховувати і розвивати в учнів систематично як на уроках, так і в позакласній роботі.
71979. Вправи і задачі на засвоєння таблиці множення числа 8 52.5 KB
  Давайте дітки допоможемо берізці скинути листя Завдання Щоб побачити берізку треба перевірити д з ІІІ. Завдання Давайте дітки попросимо допомоги у сил природи. Слайд № 1 Сонечко сонечко допоможи виконати завдання: Усний рахунок Записати добутки з таблиці мал.
71980. Одиниці вимірювання маси. Кілограм. Знаходження невідомого від’ємника. Додавання та віднімання в межах 100 без переходу через десяток 57.5 KB
  Мета: Ознайомити учнів із задачами на знаходження невідомого від’ємника; довести до свідомості учнів, що задачі на знаходження невідомого від’ємникам розв’язуються дією віднімання; формувати вміння розв’язувати рівняння; повторити одиницю вимірювання маси – кілограм...
71981. Переставна властивість дії множення. Розв’язування нерівностей. Складені задачі 41.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з переставною властивістю дії множення та розв’язанням нерівностей із зміною способом добору, закріпити вміння розв’язувати складені задачі, розвивати уважність, вміння абстрагувати від конкретного змісту задачі, виховувати інтерес до астрономії.
71982. Нумерація чисел 21-100. Запис чисел під диктовку. Порівняння чисел і знаходження значень виразів 56.5 KB
  Мета: вчити учнів записувати під диктовку числа першої сотні; вправляти в порівнюванні чисел і знаходженні значень виразів; розвивати обчислювальні навички; виховувати інтерес до вивчення математики. Обладнання: геометрічний роздатковий матеріал, таблиця першої сотні чисел...
71983. Нумерация многозначных чисел. Сложение и вычитание многозначных чисел. Повторение 150.5 KB
  Повторить и закрепить знания учащихся по темам «Нумерация многозначных чисел», «Сложение и вычитание многозначных чисел», развивать умение читать, записывать числа в пределах млн., устный счет, логическое мышление, память; совершенствовать умение решать составные задачи, вычислять периметр многоугольника...
71984. Розв’язування прикладів і задач на додавання і віднімання круглих десятків. Задачі на знаходження третього доданка 49.5 KB
  Мета: вправляти учнів у розвязуванні прикладів і задач на додавання і віднімання круглих десятків; формувати вміння розвязувати задачі на знаходження третього доданка; виховувати любов до природи. Розвиток математичних умінь. Він пропонує нам розвязати приклади № 315 самостійно.