Задание 1. Определение удельного сопротивления проводника.
1. Левый и правый переключатели установить во включенное положение, при этом установка будет работать согласно схеме, изображенной на рисунке 2.2.
2. Ручку "Рег. тока" установить в крайнее левое положение.
Рисунок 2.2 – Принципиальная схема 1
3. Включить прибор, нажав кнопку "Сеть".
4. Установить первую длину проводника ℓ на вертикальной линейке с помощью скользящего контакта (не менее 40 мм).
5.Вращая ручку "Рег. тока", установить силу тока, заданную преподавателем (от 70 до 230 mA).
6. Измерить напряжение U. Результаты занести в таблицу 2.1.
7. Установить следующее значение длины проводника и измерить напряжение U. Результаты занести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1- Таблица опытных и расчетных данных.
| I = … mА, d = … мм, S = … мм2 | ||||
| ℓ, м | U, В | R, Ом | ρ. Ом∙м | ρср. Ом∙м |
8. С помощью штангенциркуля измерить диаметр провода.
9. Вычислить площадь поперечного сечения провода, используя формулу
(2.1)
10. Определить удельное сопротивление однородного проводника по формуле
. (2.2)
11. Найти среднее значение удельного сопротивления проводника ρср и с помощью таблицы определить материал проводника.
12. Рассчитать относительную погрешность удельного сопротивления по формуле
(2.3)
13. Определить абсолютную погрешность
(2.4)
14. Записать результат в виде
при δρ = …%
Задание 2. Определение внутреннего сопротивления амперметра.
1. Установить заданную преподавателем длину проводника ℓ на вертикальной линейке с помощью скользящего контакта (не менее 40 мм).
2. Вращая ручку "Рег. тока", установить силу тока, заданную преподавателем (от 70 до 230 mA).
3. Правый переключатель установить в отключенное состояние, при этом установка будет работать согласно схеме, изображенной на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Принципиальная схема 2
4. Снять напряжение U2, записать значение в таблицу 2.2
5. Правый переключатель установить во включенное состояние, при этом установка будет работать согласно схеме, изображенной на рисунке 2.2.
6. Снять напряжение U1, записать значение в таблицу 2.2
Таблица 2.2- Таблица опытных данных по определению сопротивления амперметра
| U2, В | |||
| U1, В | |||
| I, А | |||
| r, Ом |
7. Выполнить п.п.3-6 еще для двух значений силы тока.
8. После снятия всех результатов измерений прибор выключить.
9. Рассчитать сопротивление амперметра по формуле
(2.5)
записать результаты в таблицу 2.2.
10. Определить среднее значение сопротивление амперметра.
Контрольные вопросы
1.Что называется электрическим током?
2. Определить силу тока. Записать формулу, назвать единицу измерения силы тока в системе СИ.
3. Сформулировать условия существования постоянного тока.
4. Что называется напряжением? Записать формулу, назвать единицу измерения напряжения в системе СИ.
5. Что такое сопротивление? От чего оно зависит? В чем измеряется?
6. Написать формулу для удельного сопротивления. Назвать единицу измерения удельного сопротивления в системе СИ.
7.Определить понятие ЭДС.
8.Записать закон Ома для однородного участка цепи.
9. Записать закон Ома для замкнутой цепи.
10. Вывести формулу для определения полной мощности источника тока.
11. Вывести формулу для определения полезной мощности источника тока.
12.Вывести формулу для КПД источника.
13. При каком соотношении сопротивления источника тока и сопротивления нагрузки будет максимальная полезная мощность?
Работа 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МИЛЛИАМПЕРМЕТРА
Цель работы: использование метода шунтирования для расширения пределов измерения токов амперметром и для определения внутреннего сопротивления амперметра.
Теоретическое введение
Метод шунтирования широко применяется в практике электрических измерений для расширения пределов измерения токов. При необходимости измерить силу тока I, большую, чем предел измерения Iпр данного миллиамперметра, к нему подключают параллельно сопротивление-шунт. Схема подключения шунта к миллиамперметру изображена на рисунке 3.1.
I С Iпр
mA
Iш
Rш
Рисунок 3.1- Схема подключения шунта
Величина 
– коэффициент шунтирования – показывает, во сколько раз требуется увеличить пределы измерения прибора. Из первого правила Кирхгофа для узла Сследует, что ток шунта равен: Iш = I - Iпр,но так как I = nIпр,то
Iш =nIпр-Iпр=Iпр (n–1). (3.1)
По закону Ома для однородного участка цепи:
, 
, (3.2)
где U – напряжение на зажимах миллиамперметра и шунта,
Rш – сопротивление шунта,
RА - внутреннее сопротивление миллиамперметра.
Подставляя выражения (3.2) в уравнение (3.1), получаем:
, (3.3)
Отсюда сопротивление шунта:
. (3.4)
Формула (3.4) позволяет рассчитать сопротивление шунта Rш , зная сопротивление миллиамперметра RА и решать обратную задачу: определятьвнутреннее сопротивление миллиамперметра RА, зная сопротивление шунта Rш.
Для определения внутреннего сопротивления RА, миллиамперметра необходимо собрать схему, приведенную на рисунке 3.2. Для вывода рабочей формулы составим уравнение по второму правилу Кирхгофа для контура abcdfna, (направление обхода указано на рисунке 3.2), при этом шунт отключён и
I=IА (3.5)
ε = IRA+IRM1 или
ε= IАRА+IАRM1 . (3.6)
Рисунок 3.2 - Схема экспериментальной установки
В случае, когда шунт включён, необходимо добиваться того, чтобы ток IА, идущий через миллиамперметр был таким же, как и в первом случае (без шунта), что достигается подбором соответствующего сопротивления RМ2 при наличия шунта. Тогда, из первого правила Кирхгофа для узла a следует, что ток I,текущий через магазин сопротивлений равен:
I=IА+Iш , (3.7)
где IА - ток в миллиамперметре, одинаковый для обоих случаев, (с шунтом и без шунта)
Для электрической цепи с шунтом уравнение, аналогичное уравнению (3.6) для того же контура abcdfna имеет вид:
ε = IA RA+I·RМ 2 (3.8)
С учётом выражения (3.7) последнее уравнение принимает вид:
ε = IАRA+ IАRM2+Iш RM2. (3.9)
Сравнивая уравнения (3.6) и (3.9), получаем:
IАRА+IА RM1 = IАRA+ IАRM2+IшRM2 (3.10)
и, следовательно,
IА RM1 = IА RM2 + IшRM2 (3.11)
Выразим ток Iш через IА, пользуясь вторым правилом Кирхгофа для контураabsmа:
IА RA – IшRш = 0 или
. (3.12)
Подставляя уравнение (3.12) в уравнение (3.11), получаем:
IА RM1 = IА RM2+ IА (RA/Rш)RM2,
или RM1 Rш = RM2Rш +RARM2 (3.13)
Из последнего уравнения получаем рабочую формулу:
(3.14)