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

12926. Виховна година на тему «Європейські університети» 308 KB
  Виховна година на тему Європейські університети Ведучий 1 Доброго дня шановні викладачі студенти гості. Ведучий 2 Омар Хаям говорив: Знання для духу світоч найясніший знання для тіла панцир найміцніший. Ведучий 1 Знання нам дарують вихователі вчителі
12927. Виховна година на тему: «Шкідливість алкоголю» 62 KB
  Виховна година на тему: Шкідливість алкоголю Мета: Виховання свідомого ставлення до свого здоров’я та здоров’я громадян як найвищої соціальної цінності; формування валеологічного світогляду; формування та пропаганда здорового способу життя; профілактика шкідливих ...
12928. Виховна година на тему: «СНІД. Небезпека і профілактика» 54.5 KB
  Виховна година на тему: СНІД. Небезпека і профілактика Мета: дати учням елементарні знання про СНІД основні шляхи зараження цією хворобою та заходи щодо її профілактики. Обладнання: роздавальний матеріал анкета Перевір свої знання про СНІД; плакат із відпові
12929. Виховна година на тему «Наркоманія» 88 KB
  Виховна година на тему Наркоманія Мета: дати учням елементарні знання про хворобу наркоманію основні наркотичні речовини їх дію на організм людини та шляхи профілактики наркозалежності; розглянути наркоманію в моральному правовому і медичному аспектах; привести...
12930. Про шкоду паління та алкоголізму 64.5 KB
  Про шкоду паління та алкоголізму Виховна година для підлітків 12–15 років Мета заходу: формування в учнів правильного уявлення про здоров’я здоровий спосіб життя; виховання дбайливого ставлення до свого здоров’я здоров’я оточуючих; пропаганда здорового способу життя;...
12931. Збірка Виховних годин 422 KB
  Виховна година Доброта. Мета: виховувати в підлітках доброту; довести що можливість зробити світ трохи кращим знаходиться в кожному з нас. Обладнання: папір для відповідей на тести й малюнків фломастери; музичний центр диск Світлани Копилової Прит
12932. Разработка технологии изготовления высокоплотных изделий сложной формы из Al2О3 5.36 MB
  Области применения и виды изделий высокоглиноземистой керамики –различны. Их применяют: в режущих инструментах, в различных двигателях, в контейнерах для хранения радиоактивных отходов, в микроэлектронике, в ракето космической промышленности, в виде брони.
12933. Ввічлива людина 54 KB
  Тема: Ввічлива людина. Мета: 1. Виховна: виховувати почуття відповідальності за свої вчинки підвищувати рівень виховуваності. 2. Навчальна: впроваджувати елементи естетичного виховання культури спілкування; 3. Розвиваюча: розширити знання учнів з ввічливо
12934. Як перетворити звичну виховну годину на інтерактивне заняття 29 KB
  Як перетворити звичну виховну годину на інтерактивне заняття розробник: Бойченко В.В. Класному керівнику завжди хочеться щоб його виховна година в основу якої закладено обговорення ключових якостей доброчинної поведінки людини не перетворювалася на нудне читан...