37930

Определение электродвижущей силы

Лабораторная работа

Физика

Эти частицы называют носителями тока. За положительное направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц. Если бы в электрической цепи действовали только электростатические силы то положительные носители тока под действием этих сил перемещались бы от большего потенциала к меньшему и таким образом снижали больший и повышали меньший потенциал. Это привело бы к выравниванию потенциала во всех точках проводника и прекращению тока.

Русский

2013-09-25

377 KB

3 чел.

Министерство образования Российской Федерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Определение электродвижущей силы

Источника напряжения

Методические указания

к лабораторной работе №39

по курсу общей физики

Уфа 2001

Министерство образования Российской Федерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей физики

Определение электродвижущей силы

источника напряжения

Методические указания

к лабораторной работе №39

по курсу общей физики

Уфа 2001

Составитель Е. В. Трофимова

УДК 537.313+541.134

УДК 537.313(07)

ББК 22.33(Я7)

0-62

Определение электродвижущей силы источника напряжения:

Методические указания к лабораторной работе №39 по курсу общей физики/Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост. Е. В. Трофимова.-Уфа, 2001.-          12 с.

Рассмотрены краткая теория, методика измерений, описание лабораторной установки, порядок выполнения работы по определению неизвестной э.д.с.

Методические указания предназначены студентам, изучающим курс общей физики.

Табл. 1; Ил. 3; Библ.: 2 назв.

Рецензенты: Михайлов Г. П.

                     Вавилова И. В.

©Уфимский Государственный Авиационный Технический

Университет, 2002г.


Содержание

1. Цель работы     …………………………………………………

4

2. Теоретическая часть  …………………………………………..

4

3. Описание лабораторной установки ………………………….

8

4. Требования к технике безопасности …………………………

10

5. Порядок выполнения работы ………………………………....

10

6. Требования к отчёту …………………………………………...

12

7. Контрольные вопросы  ………………………………………...

12

Список литературы       …………………………………………..

12

Лабораторная работа №39

Определение электродвижущей силы методом компенсации

1. Цель работы

Ознакомление с компенсационным методом измерения э.д.с.; измерение неизвестной э.д.с.

2. Теоретическая часть

Электрическим током называется направленное движение электрически заряженных частиц. Эти частицы называют носителями тока. За положительное направление тока  выбрано направление движения  положительно заряженных частиц. Направленное движение зарядов возможно, если в проводнике существует электрическое поле. Если бы в электрической цепи действовали только  электростатические силы, то положительные носители тока под действием этих сил перемещались бы  от большего потенциала к меньшему и, таким образом,  снижали больший и повышали меньший потенциал. Это привело бы  к выравниванию потенциала во всех точках проводника и прекращению тока. Поэтому для поддержания тока  в течение достаточно длительного времени  в электрической цепи наряду  с участками, на которых  положительные носители движутся в сторону убывания потенциала, должны быть участки, на которых перенос положительных зарядов  происходит в направлении возрастания потенциала, т.е. против сил электростатического поля. Перемещение носителей на этих участках возможно лишь  с помощью сил  не электростатического происхождения, называемых сторонними силами.

Сторонние силы характеризуют  работой, которую  они совершают над перемещающимися по цепи зарядами.

Работа сторонних сил над единичным положительным зарядом  называется  электродвижущей силой (э.д.с.)

                        = Аст/q                                                           (2.1)

Если на участке  цепи между точками 1 и 2 действует э.д.с. 12 , а разность потенциалов электростатического поля между этими точками  равна 1- 2 , то величина

                                 U12 = 1- 2 + 12                                                       (2.2)

называется  падением напряжения или просто напряжением на данном участке. Напряжение представляет собой  суммарную работу  электростатических и сторонних сил  по перемещению единичного положительного заряда между концами участка цепи.

Опыт показывает, что  напряжение на участке неразветвленной цепи равно произведению  силы тока I на сопротивление участка R12:

                                   U12 =IR12                                                                                           (2.3)

Это равенство выражает закон Ома. Если цепь замкнута, то  1- 2 = 0, (т.к. начало и конец совпадают)  и

                         = I(R+r),                                                          (2.4)

где -  э.д.с., действующая в замкнутой цепи, r - внутренне сопротивление источника э.д.с., R - сопротивление внешней цепи.

При подключении вольтметра к клеммам источника э.д.с. показания вольтметра окажутся  равными

                                 U = IRV = - Ir.                                                   (2.5)

Таким образом, с помощью вольтметра можно приблизительно определить величину э.д.с., если пренебречь падением напряжения Ir внутри источника.

Точное значение э.д.с. можно определить с помощью компенсационного метода измерения  э.д.с. Особенность этого метода состоит в том, что измерение э.д.с. производится при нулевом токе через источник. На рис. 2.1 изображена принципиальная схема установки для измерения э.д.с. компенсационным методом.

Рис. 2.1

Для расчета такой цепи требуется применить правила Кирхгофа.

Согласно первому правилу Кирхгофа алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле (точке разветвления проводов), равна нулю:

                                                            где  N – число проводников, сходящихся в узле. Токи, входящие в узел, и выходящие из него, берутся с противоположными знаками.

Второе правило Кирхгофа: в произвольном замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений сил тока  на сопротивления участков контура равна алгебраической  сумме действующих в нем э.д.с.:

                                              

Направление обхода контура, разбитого на l участков, по которым текут токи Ik , выбирается произвольно. Положительными считаются токи, текущие в направлении обхода. Э.д.с.   m берется со знаком  “+”, если обход контура производится от отрицательного  полюса к положительному, и со знаком   “ - ”  – в противоположном случае.

Схема на рис. 2.1 состоит из двух замкнутых контуров I и II. Между узлами А и В на участке, включающем неизвестную э.д.с. и гальванометр, источники и  x действуют в противоположных направлениях, и, меняя величины сопротивлений R1 и R2, можно добиться, чтобы ток через гальванометр обратился в нуль.

В соответствии с первым правилом Кирхгофа для контура узла A (или B)

                                               I1 =I2                                                        (2.8)

т.к. I3 =0.

По второму правилу Кирхгофа для контура II

                                              I2 R2 + 0 =  x                                                                  (2.9)

Отсюда следует, что при отсутствии тока через гальванометр величина неизвестной э.д.с.  x компенсируется падением напряжения на сопротивлении R2. В качестве гальванометра используют приборы с высокой чувствительностью, и компенсационный метод позволяет определить величину э.д.с. с высокой точностью.

В данной работе используется более удобная для практического применения разновидность компенсационного метода измерения э.д.с. (рис. 2.2). Здесь имеется возможность включать в контур II либо эталонную э.д.с.  N , либо неизвестную x .

Включив в контур источник с эталонной э.д.с.  N при помощи ключа K3 и перемещая на реохорде AB подвижный контакт C, можно добиться нулевого показания гальванометра, т.е. компенсации э.д.с.  N падением напряжения на участке реохорда AC:

                           N =I RAC=(I  lN )/S ,                                   (2.10)

где I- ток в цепи рехорда, - удельное сопротивление материала реохорда, S- поперечное сечение, lN – длина участка AC.

Рис. 2.2

Если переключить ключ K2 на неизвестную э.д.с.  x, то получим:

                    x    = I R AC  = (I  lx ) / S                                       (2.11)

Из (2.10) и (2.11) следует соотношение

                   x  = ( N lx ) / lN                                                       (2.12)

Таким образом, процесс измерения неизвестной э.д.с. сводится к измерению длины участков AC, падение напряжения на которых приводит к компенсации э.д.с.  N и  x.

3. Описание лабораторной установки

Установка (рис. 3.1.) состоит из основания 1 с регулируемыми ножками 2, к которому крепится блок питания 3 и стойка 4. На стойке 4 установлены два неподвижных кронштейна 5 и 6, к которым крепится нихромовый провод 7. Подвижный зажим 8 с контактом позволяет менять величину сопротивлений R1  и R2 (рис. 2.1). Длина провода отсчитывается по линейке 9, нанесённой на стойке 4.

На лицевой панели блока питания 3 расположены тумблер 10 включения установки в сеть, сигнальная лампочка 11, вольтметр 12, миллиамперметр 13, кнопки «мост-V-mA» (14) и «Сx1-Сx2» (15). Переменный резистор 16 служит для изменения силы тока через реохорд  7.

На верхнюю панель блока 3 выведены ключи K1, K2 и K3 (см. рис.2.2) и гальванометр Г.

                                  Рис. 3.1

4. Требования к технике безопасности

Для электропитания лабораторной установки используется сетевое напряжение 220 В. Все токоведущие части установки, кроме реохорда, закрыты, что исключает их случайное касание.

При выполнении работы необходимо:

а) внимательно ознакомиться с заданием и оборудованием;

б) визуально проверить целостность изоляции токоведущих проводов;

в) не оставлять без присмотра включенную лабораторную установку;

г) не загромождать рабочее место посторонними предметами и оборудованием, не относящимся к выполняемой работе;

д) о замеченных неисправностях немедленно сообщить преподавателю;

е) по окончании работы отключить установку от сети, привести в порядок рабочее место.

5. Порядок выполнения работы

5.1. Нажать кнопку «V-mA» и отжать кнопку «Cx1-Cx2» на передней панели блока питания (рис. 3.1).

5.2. Установить галетный переключатель K1 на верхней панели блока в положение 1 (Rб =4кОм)

5.3. Установить ключ K3 в вертикальное положение для отключения гальванометра, а ключ K2 в положение «к себе» для включения в цепь источника с эталонной э.д.с.  N =1,0183 В.

5.4. Повернуть ручку регулировки силы тока на передней панели блока против часовой стрелки до упора.

5.5. Нажать на передней панели блока питания кнопку «сеть».

5.6. Вращая ручку регулировки силы тока по часовой стрелке, установить силу тока I=100mA.

5.7. Установить ключ K3 в положение «от себя», включив таким образом гальванометр в цепь.

5.8. Плавно перемещая подвижный зажим вверх или вниз вдоль стойки 4, добиться нулевого показания гальванометра.

5.9. Установить галетный переключатель в положение 2 (Rб =1,6 кОм), затем в положение 3(Rб =0,5 кОм), а затем в положение 4 (Rб =0,0 кОм), каждый раз повторяя пункт 5.8.

5.10. Определить положение подвижного зажима на стойке с помощью миллиметровой шкалы. Результат занести в таблицу.

5.11. Установить ключ K2 в положение «от себя», т.е. включив в цепь источник с неизвестной э.д.с.  x.

5.13. Установить силу тока I =120 мА, а ключ K2 в положение «к себе». Повторить пункты 5.8-5.12.

5.14. Установить силу тока I=140 мА, ключ K2 в положение «к себе». Повторить пункты 5.8-5.12.

5.15. По окончании работы перевести ключи K2 и K3 в вертикальное положение.

5.16. Рассчитать согласно (2.12) величину э.д.с.  x. Определить абсолютную и относительную погрешности в определении неизвестной э.д.с. Результаты занести в таблицу.

                                                                                                     Таблица

I

l N

l x

x

x

x /  x, %

        6.  Требования к отчёту

Отчёт должен содержать:

-номер, название и цель работы;

-краткий конспект теоретической части, включая расчётные формулы;

-схематическое описание лабораторной установки и метода измерений;

-таблицу с результатами измерений;

-вывод по результатам работы.

7.    Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток и каковы условия его существования?

2. Дайте определение сторонних сил.

3. Запишите закон Ома для участка цепи и поясните физический смысл напряжения.

4. Сформулируйте правила Кирхгофа. Для каких цепей они используются?

5. Объясните суть компенсационного метода измерения э.д.с. Почему он является наиболее точным?

Список литературы

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 6т.-М.: Наука, 1983. Т.З.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: В 5кн.-М.: Наука, 1998. Кн.2.



Составитель  ТРОФИМОВА Евгения Владимировна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

методические указания

к лабораторной работе №39

по курсу общей физики

Редактор:С.Р.Валеева.

ЛБ № 020258 от 08.01.98

Подписано к печати 20.03.2002.  Формат 60x84 1/16.

Бумага обёрточная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. кр. отт. 0,8  Уч-изд. л. 0,7   Тираж 300  экз.

Заказ №

          Уфимский государственный авиационный технический университет

Редакционно-издательский комплекс УГАТУ

450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27990. Биогенная нагрузка на агроэкосистему и ее снижение с помощью противоэрозийных инженерно-биологических систем 3.22 KB
  друг с другом и с ОС система приобретает свойства способствующие достижению устойчивости и продуктивности агроландшафта а также охране природы такие системы называют противоэрозионными инженернобиологическими системами водосборов ПИБС. По категориям сложности ПИБС бывают простыми с ложными. Сложные ПИБС подразделяются на определенное число подсистем подсистемы на пахотных природораздельных землях в звеньях гидрографической сети в водоохранных зонах рек и др. Состав формирующихся ПИБС водосборов...
27991. Направления природоохранной деятельности в системе агропромышленного комплекса 2.98 KB
  Алгоритм реализации природоохранной деятельности: 1 природноэкономические особенности хозяйства; 2 прогноз антропогенных изменений природного комплекса и их влияния на развитие хозяйства; 3 система мер комплексной охраны природы на территории хозяйства. Система мер охраны природы на территории хозяйства: сохранение и создание зеленых насаждений в населенных пунктах вдоль рек дорог постройка очистных сооружений предотвращение смыва удобрений в водоемы меры по экономному использованию земель под...
27992. Оптимизация аграрного производства. Баланс биогенных веществ и агробиоценозов 4.71 KB
  Для успешного функционирования данная форма земледелия должна быть дополнена организационными ландшафтноструктурными и законодательными отношениями направленными на создание благоприятных условий хозяйствам решившим перейти на экологическую форму. А именно: обеспечением финансовой поддержки для приобретения необходимого инвентаря биологических средств защиты растений и компенсации потери урожайности в переходный период; оказанием помощи в разработке правовой и нормативной документации и регламентов сертификации...
27993. Оптимизация использования минеральных удобрений и химических средств повышения плодородия 6.59 KB
  Применение органических и минеральных удобрений одно из основных условий повышения урожайности сельскохозяйственных культур а также важное звено технологий их выращивания. Использование удобрений особенно органических позволяет возвращать и вовлекать в круговорот питательные вещества взамен изъятых из агроценозов с основной и побочной продукцией обеспечивая таким образом определенную устойчивость продукционных процессов. Основными причинами загрязнения окружающей среды удобрениями считают несовершенство...
27994. Оптимизация ландшафта с х территорий, как фактор повышения устойчивости агроэкосистем 10.68 KB
  Агроландшафты являются целостными генетически однородными пространственновременными единицами несмотря на то что определенная часть их естественного растительного покрова замена агроценозами Целевая установка сельского хозяйства объективно направлена на получение максимума биологической продукции. Важное условие экологизации сельского хозяйства использование биоценологических экосистемных принципов. В противном случае несоответствие сложившейся специализации сельского хозяйства потенциальным...
27995. Основные виды токсикантов, содержащиеся в пищевых продуктах, тяжелые металлы, остаточное каличество пестицидов, нитриты, радиоактивные элементы, действие токсикантов на человека и теплокровных животных 20.2 KB
  Отравления вызванные живыми микробами попавшими в организм с пищей называют пищевыми токсикоинфекциями. Это сальмонелла кишечная палочка и условно патогенные микроорганизмы. При этих заболеваниях образование микроорганизмами яда токсина происходит в организме. Токсическое действие некоторых соединений на организм человека заключается в способности токсических веществ вызывать отравление организма выражающееся в различных клинико анатомических проявлениях.
27996. Основные с/х ресурсы и их характеристика по зонам Западной Сибири 12.22 KB
  Рациональное использование природноресурсного потенциала с х производства.Для учета и рационального использования климатических ресурсов важно соблюдать соответствие классификаций климата; классификациям сельскохозяйственного производства т. Значение воды на всех стадиях производства сельскохозяйственной продукции общеизвестно. Предотвратить истощение и загрязнение водных ресурсов призваны экологизация промышленного и сельскохозяйственного производства и городского хозяйства очистка природных и сточных вод мелиоративные...
27997. Отрицательное воздействие промышленного животноводства на природные комплексы и их компоненты 3.22 KB
  При переходе животноводства на промышленную основу возникла проблема утилизации навозных стоков и безподстилочного навоза. Вблизи животноводческих ферм образуется огромное скопление навоза происходит нитратное и микробное загрязнение почв растительности поверхностных и грунтовых вод которое в 810 раз превышает естественный фон загрязнения почвенного и снежного покрова. При выборе места для размещения живких комплексов должны быть учтены возможности утилизации навоза и производственных стоков с учетом...
27998. Оценка изменения агроэкологических показателей плодородия почв и их функций: природная сопротивляемость, буферность, способность к биологическому, физическому и химическому самоочищению 5.3 KB
  Это связано со следующими обстоятельствами: охватом антропогенными нагрузками больших площадей иногда практически на 100; малой лесистостью и небольшими площадями луговостепных участков; значительной обнаженностью дефдированностью и эродированностью почвенного покрова; преобладанием определенных видов загрязнения в почве воде и грунтах связанных с удобрениями. Наибольшей буферной емкостью и способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на растительные и животные организмы обладают почвы с...