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

31643. Психологические особенности детей дошкольного возраста 55.5 KB
  Игра сюжетно ролевая игра Наглядно образное мышление Начало понятийного мышления Картина мира Произвольность поведения Самооценка Практическое овладение речью развитие функций речи Дошкольное детство большой отрезок жизни ребенка. Социальная ситуация развития Изменяется место ребенка в системе отношений уже не является центром своей семьи развивается способность к идентификации с людьми образами героев художественных произведений. Она оказывает значительное влияние на развитие ребенка. Но хотя жизнь в игре протекает в...
31644. Психологическая готовность ребёнка к обучению в школе. Проблемы адаптации первоклассника к школе 55.5 KB
  Психологическая готовность ребёнка к обучению в школе. Проблемы адаптации первоклассника к школе. Тема готовности ребенка к школе в отечественной психологии своими корнями уходит в труды Л.Эльконина готовность ребенка к обучению в школе определяет социальная зрелость.
31645. Психологические особенности детей младшего школьного возраста 54.5 KB
  Отчетливо виден социальный смысл учения отношение маленьких школьников к отметкам. Учебные действия школьников с помощью которых можно решить задачу. Самоконтроль Оценка Самооценка Особенности познавательного развития младших школьников. Внимание школьников зависит от: организации активной умственной деятельности.
31646. Мышление и воображение. Их роль в образовательном процессе 23.5 KB
  Виды воображения: по Немову Активное человек по собственнуму желанию усилием воли вызывает соответствующие образы; Пассивное образы возникают спонтанно помимо воли и желания человека; Продуктивное дейчтвительность сознательно конструируется человеком а не просто механически копируется или воссоздается; Репродуктивное ставится задача воспроизвести реальность в том виде какова она есть такое воображение больше напоминает память чем творчество. Фантазия это определенное чувство желания чегото конкретного ради чего...
31647. Память и внимание. Особенности формирования памяти и внимания в образовательном процессе 33.5 KB
  Особенности формирования памяти и внимания в образовательном процессе. Виды внимания: непроизвольное оно может возникнуть по мимо желаний человека в силу какихто обстоятельств; произвольное вызывается силою воли желанием самого человека ответственность интерес; послепроизвольное возникает в силу появления устойчивого интереса к объекту является самым продуктивным и эффективным. Особенности внимания свойства: объем внимания определяется количеством объектов которые могут быть замечены человеком за короткий промежуток...
31648. Педагогическое общение: компоненты, функции, стили, модели и барьеры 62 KB
  Педагогическое общение: компоненты функции стили модели и барьеры Проблематика общения занимает значительное место в общей психологии и психологии личности. Главным средством общения является речь. Стороны общения: Коммуникативная сторона общения это передача информации. Особую роль для каждого участника общения играет значимость информации при условии что информация не только принята но и понята осмыслена.
31649. Эмоции и чувства. Психическое состояние. Эмоциональное нарушение в младшем школьном возрасте 23 KB
  Психическое состояние. Формы переживания чувств эмоциональное состояние: Наиболее растпространенным явл. Стресс эмоциональное состояние которое возникает в неожиданных обстоятельствах. Аффект это очень сильно выраженное кратковременное эиоциональное состояние.
31650. Свойства личности младшего школьника 47 KB
  У каждого человека преобладают черты какого-то одного темперамента в сочетании темперамента другого. Характер индивидуально-психологические особенности личности которые выражают отношение человека к действительности и проявляются в устойчивых формах поведения человека. Основанием для классификации характера может служить отношение человека к окружающему миру другим людям самому себе. По данному признаку можно делить основные черты характера на следующие группы: Черты характера проявляющиеся в отношении человека к другим людям:...
31651. Психологические причины неуспеваемости младших школьников 41 KB
  Дубровина: недостатки познавательной деятельности в широком смысле слова низкий уровень организации учебной деятельности недостатки в развитии мотивационной сферы детей. Это явление имеет несколько причин низкий уровень развития фонематического слуха слабая концентрация внимания несформированность приемов самоконтроля. Возможные причины: низкий уровень развития произвольности несформированность приемов учебной деятельности низкий уровень объема и распределения внимания низкий уровень развития кратковременной памяти слабое...