Физика \ Физика

Методические указания к лабораторным работам "Градуирование электростатического вольтметра с помощью электрометра Томсона", "Изучение топографии электростатического поля", "Законы разветвлённых цепей постоянного тока", страница 9

Порядок выполнения работы


1. Ознакомиться с принципом работы компенсационной схемы и ее конкретным воплощением в данной лабораторной работе, т. е. с монтажной компенсационной схемой, представленной на рис. 2. Здесь К1 – ключ включения источника питания, К2 – кнопка успокоения гальванометра, П – двухполюсный двухпозиционный переключатель для ввода в цепь попеременно эталонного и исследуемого источников э.д.с. В лабораторной установке реохорд АВ представляет собой потенциометр, изготовленный из металлического проводника однородного по химическому составу с постоянным поперечным сечением, но свитым спиралью с двумя выводами на концах в точках А и В и металлическим подвижным электродом D, скользящим вдоль спирали. При этом выводы расчетной формулы остаются справедливыми. Остальные обозначения соответствуют обозначениям схемы, представленной на рис. 1.

2. Соединить двумя проводниками клеммы стабилизированного источника питания с цифровым вольтметром на лабораторном стенде. Установить выходное напряжение равное 5 ± 0,5 В.

3. Переключить соединительные провода от вольтметра на клеммы питания компенсационной схемы.

4. Включить двухполюсный двухпозиционный переключатель П на исследуемый элемент Ex.

5. Нажать кнопку К2 и проверить отклонение стрелки гальванометра. Цепь должна включаться только на короткое время во избежание поломки гальванометра.

6. Добившись полного отсутствия тока в цепи гальванометра G передвижением подвижного контакта реохорда, произвести измерение lx. Аналогичным образом измерить lN, включив элемент EN.с помощью двухполюсного переключателя П. Измерения проделать 4 – 5 раз. Найти средние значения lx и lN. Полученные данные занести в табл. 1

Таблица

Источники э.д.с.

Длина плеча реохорда l, мм

Э.д.с. неизвестного источника, В

1

2

3

4

Среднее значение,

Эталонный

Исследуемый

7. Рассчитать значение Eхпо формуле, используя средние значения  и . Результаты занести в таблицу.

8. Считая, что в работе преобладают приборные погрешности, определить предельную относительную погрешность измерений по формуле

dEx =  =  +  + ,                                (9)

где Dlx,  DlN,  DEN – абсолютные погрешности измерений lx, lN и EN.

Контрольные вопросы

1.  В чем состоит суть метода компенсации? Ответ поясните схемой цепи.

2.  Что называется э.д.с.?

3.  Какие преимущества имеет метод компенсации по сравнению с другими методами измерения э.д.с.?

4.  Как устроен гальванический элемент?

5.  Что называется электрическим напряжением?

6.  В каких единицах измеряются э.д.с. и напряжение в международной системе единиц?

7.  Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи, участка цепи, содержащего э.д.с. и однородного участка цепи, не содержащего э.д.с.

Список литературы

1.  Савельев И.В. Курс общей физики. Книга 2. Электричество и магнетизм. − М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2002.

2.  Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Изд-во «Академия», 2003. – 720 с.

3.  Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2004. – 544 с.

4.  Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006. – 30 с.

Работа 18

ЗАКОНЫ РАЗВЕТВЛЕННЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы. Измерение силы тока в узле разветвленной цепи. Определение э.д.с. источников тока и разности потенциалов с использованием обобщенного закона Ома.

Введение

Для характеристики электрического тока в электрических цепях используют понятие силы тока и плотности тока. Сила стационарного электрического тока есть алгебраическая величина, равная заряду, протекающему через некоторую поверхность, в единицу времени. Если за время dt через поверхность проводника переносится заряд dq, то

I = .

За положительное направление тока принято направление движения положительных зарядов. Плотность тока – векторная величина, численно равная силе тока, протекающего через единичную площадку, перпендикулярную скорости движения зарядов:

ïï = ,

где dI – сила тока, протекающего через площадку . Вектор плотности тока совпадает по направлению с вектором скорости положительно заряженных частиц. Связь силы тока и плотности тока может быть записана в виде интеграла по поверхности S, через которую течет ток:

I =  = ,

то есть сила тока равняется потоку плотности тока через поверхность S. Здесь a – угол, образованный вектором  и нормалью к элементу поверхности . В зависимости от величины этого угла I может иметь как положительный, так и отрицательный знак.

Одним из элементов разветвленной цепи является узел – место соединения трех и более проводников (рис. 1).

Поскольку в цепях постоянного тока нигде не происходит накапливания электрического заряда, а также его возникновения или уничтожения (закон сохранения заряда), то заряд, приходящий в единицу времени к узлу, равен заряду, уходящему за это же время от узла. Из этого следует первое правило Кирхгофа для цепей постоянного тока: алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю:

 = 0.

При составлении уравнений с использованием этого правила токи, текущие к узлу, считают положительными, а токи, текущие от узла – отрицательными.

Свободные носители заряда в проводнике (электроны, ионы) при движении испытывают сопротивление. В металле, например, электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и теряют свою энергию. Поэтому ток в проводнике поддерживается только при условии непрерывного действия на электроны ускоряющего электрического ноля.

Между плотностью тока  и напряженностью электрического поля  в каждой точке проводника существует зависимость:

Скачать файл