Изучение зависимости тока на участке цепи, содержащем ЭДС, от разности потенциалов на его концах, страница 2

Из (7) может быть найдено выражение для величины тока в цепи

I = (e_x±e)/(R_x + R_Д)   (8)

Как видно из (8), меняя величину e, можно менять и величину тока.

При согласном включении e и e_х ток I растет с ростом e. Из (8) видно, что разность потенциалов j₁ - j₂ при этом линейно уменьшается и может достигнуть нулевого значения. При дальнейшем росте тока разность потенциалов на концах участка меняем свой знак на противоположный.

Если e включена навстречу e_х, величина тока I уменьшается с ростом e и при e = e_х становится равной 0. При этом согласно (6) j₁ - j₂ = -e_х, т.е. в момент компенсации тока вольтметр измеряет величину e_х. Вольтметр покажет положительное значение e_х, так как j₂ > j₁, а в точке 2 подсоединена положительная клемма вольтметра. Дальнейший рост e приводит к изменению направления тока в цепи.

В качестве приборов, указанных на рис. 2 используются:

e - блок питания ТЕС-42,

e_х - блок питания "Марс",

А - вольтметр В7-38 с токовой приставкой для измерения тока I,

V – микромультиметр ММЦ-1 для измерения разности потенциалов j₁ - j₂.

Приборы соединяются между собой с помощью лабораторного модуля М (смотреть рис.3), Модуль М позволяет соединять источники e и e_х двумя способами: согласное включение - когда «+» одного источника соединяется с «-» другого источника; встречное включение - когда «+» и «-» одного источника соединяются с «+» и «-» другого источ­ника. Изменение способа соединения производится путем переключе­ния двух выводов на лицевой панели модуля.

Схема соединения приборов.

	Рис.3.

 

Порядок выполнения работы.

1.  Собрать схему, согласно рис. 3. Подсоединить к гнездам на лицевой панели модуля М:

-  прибор А (вольтметр B7-38 с токовой приставкой). Предел измерения - 2 мА;

-  прибор V (микромультиметр ММЦ-1). Предел измерения - 20 В.

Подключить источники e (ТЭС-42) и e_х (Марс) с помощью разъема на задней стенке модуля.

2.  Установить согласное включение источников e и e_х, исполь­зуя 2 вывода на лицевой панели модуля.

3.  Включить приборы: ТЭС-42, Марс, микромультиметр.

4.  Установить на блоке "Марс" напряжение e_х в пределах 3-5 В (по указанию преподавателя).

5.  Меняя величину e (на блоке ТЭС-42) от 1 до 6В, замерить величину тока I (вольтметр В7-38) и разность потенциалов j₁ - j₂ (микромультиметр). Данные занести в таблицу 1.

6.  Уменьшить e до нуля, выключить установку и переключить полярность e_х, получив схему, соответствующую встречному включению источников e и e_х. Включить установку.

7.  Повторить п.5. Данные занести в таблицу 2.

8.  Построить графики зависимости I = f(j₁ - j₂).

9.  По точке пересечения графика с осью абсцисс определить величину неизвестной ЭДС e_х.

10.  По наклону графика в соответствии с формулой (5), определить величину сопротивления исследуемого участка цепи.

R_x = R_1-2

11.  Оценить погрешности величин e и e_х по обычной методике.

Таблицы наблюдений и обработка результатов измерений.

Таблица 1. Согласное включение e и e_х.

e, В	1	2	3	4	5	6
I, мА	0,2141	0,2460	0,2830	0,3210	0,3585	0,3958
j1 - j2, В	1,87	1,29	0,81	0,28	0,21	-0,70

Таблица 2. Встречное включение e и e_х.

e, В	1	2	3	4	5	6
I, мА	0,1339	0,0965	0,0588	0,0214	-0,0161	-0,0529
j1 - j2, В	2,82	3,32	3,83	4,33	4,83	5,33

График зависимости I = f(j₁ - j₂). Встречное включение.

Найдем сопротивление исследуемого участка R_x из графика.

R_x = tgb = (∆j₂ - ∆j₁)/(I₂ – I₁) = (1.29 – 0.28)В/(0.3210 – 0.2460)мА = 13.47 кОм

Из второго графика получим точку пересечения с осью абсцисс.

∆j_х = 4,6В, таким образом e_х = 4,6В.

Истинное значение e_х = 5В.

Вычислим погрешности измерения e_х.

∆e = e_ист. - e_х = 5В – 4,6В = 0,4В

de = (e_ист. - e_х)/e_ист. = (5В – 4,6В)/5В = 0,08 = 8%

Ответ: e_х = (4,6 ± 0,4)В

График зависимости I = f(j₁ - j₂). Согласное включение.

Контрольные вопросы.

1. Какие соединения называются встречными и согласными?

2. Как изменяется ток при согласном и встречном соединениях?

3. Как определяется e_х в лабораторной работе?

4. Как определяется сопротивление исследуемого участка?

5. Как определить сопротивление при последовательном и параллельном соединениях?

6. Сформулируйте обобщенный закон Ома для участка цепи?

7. Что такое активный и пассивный участки электрической цепи?