Поделиться Поделиться

Указания по технике безопасности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Утверждено

на заседании кафедры физики

23 сентября 2011 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 34

«ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА

ПРИ ПОМОЩИ МОСТА ПОСТОЯННОГО ТОКА»

(для бакалавриата всех профилей)

Ростов-на-Дону

УДК 531.383

Методические указания к лабораторной работе № 34 «Измерение электросопротивления проводника при помощи моста постоянного тока». – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2012. – 10 с.

Методические указания содержат краткую теорию метода, порядок выполнения лабораторной работы, требования техники безопасности, требования к оформлению результатов, а также перечень контрольных вопросов и тестов.

Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса физики для студентов бакалавриата очной и заочной форм обучения всех профилей по направлениям:

270800 «Строительство»

270200 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия»

280700 «Техносферная безопасность»

190700 «Технология транспортных процессов»

190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

230400 «Информационные системы и технологии»

230700 «Прикладная информатика»

120700 «Землеустройство и кадастр»

261400 «Технология художественной обработки материалов»

221700 «Стандартизация и метрология»

100800 «Товароведение»

УДК 531.383

Составители доц. Ю.И. Гольцов

доц. И.А. Бугаян

Рецензент проф. А.Н.Павлов

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2012г., поз. 66.

Подписано в печать 9.12.11. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л 0,5. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета.

334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

© Ростовский государственный

строительный университет, 2012

Лабораторная работа №34

Измерение электросопротивления проводника при помощи

Моста постоянного тока

Приборы и принадлежности:проводник в виде катушки из медной проволоки с неизвестным электросопротивлением, магазин сопротивлений Р33, два однодекадных переменных сопротивления, индикатор нуля (гальванометр), источник питания стабилизированный ИПС-1, ключ, соединительные провода.

Цель работы:ознакомление с методом измерения электросопротивления при помощи мостовой схемы.

I. Краткая теория

Электрический ток представляет собой упорядоченное, направленное движение электрически заряженных частиц. В металлах носителями заряда являются свободные электроны (электроны проводимости) – отрицательно заряженные частицы, несущие элементарный заряд Кл. Направленное движение электронов возникает в металлическом проводнике при наличии в нем электрического поля. Рассеяние электронов проводимости при их движении в металле, которое приводит к возникновению электрического сопротивления R проводника, обусловлено тепловыми колебаниями решетки и ее дефектностью. Строгое объяснение механизма электропроводности металлов дает квантовая теория твердого тела.

В соответствии с законом Ома в интегральной форме сила тока , текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике

(1)

причем, в данном случае совпадает с разностью потенциалов на его концах. Для цилиндрического проводника (в виде проволоки)

(2)

где – длина проводника, – площадь его поперечного сечения.

В настоящей работе измерение электросопротивления проводника осуществляется при помощи электрической цепи, называемой мостом Уитстона.

Он включает в себя четыре сопротивления, образующих своего рода четырехугольник, в одну диагональ которого включается источник тока , а в другую – гальванометр G – прибор, регистрирующий протекание тока (рис. 1). Само название "мост " связано с тем, что прибор для измерения силы тока, как мост, соединяет две

Рис. 1 параллельные ветви цепи 1а2 и 1b2. В ветвь 1а2 входят два сопротивления: неизвестное R и магазин сопротивлений Rм, а в ветвь 1b2 – однодекадные переменные сопротивления R1 и R2. Сопротивление R0 в схеме играет вспомогательную роль и служит для ограничения силы тока, протекающего через мост. (Магазин сопротивлений выполнен в виде набора резисторов, конструктивно объединенных с переключающим устройством, которое обеспечивает их включение в различных комбинациях для получения нужного значения сопротивления. Магазин сопротивлений Р33 применяется в цепях постоянного тока и дает возможность получать сопротивления от 0,1 до 99999,9 Ом. С помощью более простых – однодекадных магазинов – к участку цепи подключают сопротивления в 100, 200,…, 900 Ом).

Пусть одно из сопротивлений (R=Rx) неизвестно. Подбирая значение сопротивления магазина Rм , добиваются равенства потенциалов точек а и b, при этом сила тока IA, текущего через гальванометр,обращается в нуль. В таком состоянии моста, которое называется уравновешенным, выполняются равенства:

Iм Rм = I1R1 ; IRх = I2R2; Iм = I ; . (3)

Из этих соотношений следует формула для расчёта неизвестного сопротивления Rx:

Порядок выполнения работы

1. Соберите монтажную схему установки (рис. 2). Изучите на ней расположение и назначение отдельных элементов.

Рис. 2

2. Установите все декады магазина сопротивлений в нулевое положение.

3. После проверки правильности сборки схемы преподавателем (или лаборантом) кнопкой «СЕТЬ» включите питание источника ИПС-1. Установите на нём напряжение порядка 1 В и замкните ключ К.

4.Установите вначале значения сопротивлений R1 и R2 такими, чтобы их отношение было равно 1.

5. Подберите такое сопротивление магазина RМ, при котором стрелка гальванометра устанавливается на отметке “0”. Эта операция называется уравновешиванием моста. Для её выполнения необходимо:

а) первые две декады – «x10000 Ом» и «x1000 Ом» – оставить в нулевом положении;

б) увеличить сопротивление декады «x100 Ом» на одно значение.

Если сила тока, текущего через гальванометр, уменьшилась, но направление тока не изменилось, то нужно продолжать увеличивать сопротивление декады. Как только направление тока изменится на противоположное, то декаду следует вернуть в предыдущее положение, после чего перейти к подбору сопротивления следующей декады «x100 Ом» и т.д.

6.Повторите операцию уравновешивания моста еще при четырех различных значениях соотношения между сопротивлениями R1 и R2, задаваемых преподавателем. Данные занесите в таблицу.

R1, Ом R2, Ом Rм, Ом Rx , Ом <Rx>, Ом
         
       
       
       
       

7. Произведите расчет Rx по формуле:


Полученные результаты занесите в таблицу.

8. Определите среднее значение измеренного электросопротивления

проводника по формуле: (Ом), где N – число опытов.

В данном случае N = 5.

9. Определите абсолютную и относительную погрешности измерения

электросопротивления проводника:

(Ом);

10. Запишите результат работы в виде

, Ом; .

Контрольные вопросы

1. Что называется электрическим током?

2. Что называется силой тока, плотностью тока? Каковы их единицы измерения в СИ?

3. Какова связь между сопротивлением и проводимостью, удельным сопротивлением и удельной проводимостью? Каковы их единицы измерения в СИ?

4. Что такое сторонние силы? Какова их природа?

5. Поясните физический смысл электродвижущей силы, разности потенциалов и напряжения на участках электрической цепи.

6. Выведите законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

7. Установите соответствие между определением ЭДС и её математическим выражением.

Определение ЭДС Математическое выражение
а) ЭДС – физическая величина, численно равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного единичного заряда по замкнутой цепи   1)
б) ЭДС равна сумме падений напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи 2)
в) ЭДС равна разности потенциалов на клеммах источника тока при разомкнутой внешней цепи 3)
г) ЭДС есть циркуляция вектора напряжённости поля сторонних сил по замкнутому контуру 4)

а)_____; б)_____; в)______; г)______.

8. Для тестов, приведённых далее, выберите правильный вариант ответа:

Задание № 1

Установите, каким уравнением из нижеприведённых выражается интегральная форма закона Ома для неоднородного участка цепи:

а) ; б) ; в) ; г) .

Задание № 2

Какое из приведённых ниже выражений определяет полную мощность тока в цепи?

а) ; б) ; в) ; г) .

Задание № 3

На рисунке представлена зависимость плотности тока j , протекающего в проводниках 1 и 2, от напряженности электрического поля E . Отношение удельных сопротивлений этих элементов ρ1/ρ2 равно …

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 1/4; 2) 1/2; 3) 2; 4) 4 .

Задание № 4

На рисунке к заданию №3 представлена зависимость плотности тока j , протекающего в проводниках 1 и 2, от напряженности электрического поля E. Отношение удельных проводимостей этих элементов γ12 равно …

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 1/4; 2) 1/2; 3) 2; 4) 4 .

Задание № 5

На рисунке показана зависимость силы тока в электрической цепи от времени. Заряд, прошедший по проводнику на интервале времени от 0 до 10 с равен …

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 75 мКл; 2) 100 мКл; 3) 150 мКл; 4) 200 мКл.

Задание № 6

На рисунке к заданию №5 показана зависимость силы тока в электрической цепи от времени. Заряд, прошедший по проводнику на интервале времени от 10 до 20 с равен …

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 75 мКл; 2) 100 мКл; 3) 150 мКл; 4) 200 мКл .

Задание № 7

На рисунке показана вольтамперная характеристика некоторой цепи. Чему примерно равна мощность (в Вт), потребляемая цепью, при напряжении 30В?

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ

1) 1,2; 2) 1,6; 3) 2,4; 4) 12

Задание № 8

Вольтамперная характеристика активных элементов цепи 1 и 2 представлена на рисунке. Отношение мощностей Р12, выделяющихся на этих элементах при напряжении 20 В равно…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ

1) 1/4; 2)1/2; 3) 2; 4) 4.

Задание № 9

К источнику тока с ЭДС = 5 В подключили реостат. На рисунке показан график изменения силы тока в реостате в зависимости от его сопротивления. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?


ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ

1) 0; 2) 0,5; 3) 1; 4) 2.

Указания по технике безопасности

Внимание! Лица, не прошедшие инструктаж по технике безопасности, к проведению лабораторной работы не допускаются.

1. Запрещается:

1.1. Включать или выключать электрические рубильники силовых щитов;

1.2. Включать схему (подавать электрическое напряжение) без предварительной её проверки лаборантом или преподавателем;

1.3. Производить любые изменения в схеме в процессе работы;

1.4. Оставлять без присмотра включенную установку.

2. При работе с нагревательными приборами соблюдайте меры противопожарной безопасности, не касайтесь нагревательных элементов руками и горючими предметами.

3. При обнаружении неисправного оборудования, электрических розеток и вилок немедленно сообщайте об этом лаборанту или преподавателю. На неисправном оборудовании работать запрещается.

4. По окончании лабораторной работы обязательно отключите установку от электрического напряжения.

← Предыдущая страница | Следующая страница →