Фізика розділ ЕЛЕКТРИКА для студентів інженернотехнічних напрямів підготовки денної заочної

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства

та природокористування

Кафедра хімії та фізики

05-06 33

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

із навчальної дисципліни «Фізика»

розділ «ЕЛЕКТРИКА»

для студентів інженерно-технічних напрямів підготовки

денної, заочної та дистанційної форми навчання

Рекомендовано науково –

методичною радою НУВГП

протокол №     від   .  .20   р.

РІВНЕ – 2014

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіті з навчальної дисципліни «Фізика», розділ «ЕЛЕКТРИКА» для студентів інженерно-технічних напрямів підготовки денної, заочної та дистанційної форми навчання/ Є.С. Никонюк, О.Д. Кочергіна, В.Р. Гаєвський, М.В. Мороз, Б.П. Рудик, Рівне: НУВГП. 2013. - 28 с.

Упорядник:

Никонюк Є.С., канд. фіз.-мат. наук, доцент кафедри хімії та фізики;

Кочергіна О.Д., асистент кафедри хімії та фізики;

Гаєвський В.Р., канд. техн. наук, доцент кафедри хімії та фізики;

Мороз М.В., канд. фіз.-мат. наук, доцент кафедри хімії та фізики;

Рудик Б.П., зав. лаб. кафедри хімії та фізики.

Відповідальний за випуск:

Гаращенко В.І., канд. техн. наук, доцент,кафедри хімії та фізики.

© Никонюк Є.С.,Кочергіна О.Д., Гаєвський В.Р.,

Мороз М.В.,  Рудик Б.П., 2014

© НУВГП, 2014

ЗМІСТ

Вступ

В даній методичці представлені лабораторні роботи з дисципліни «Фізика» розділ «Електрика», які виконуються на кафедрі хімії та фізики.

Метою лабораторних робіт є вивчення фізичних процесів і явищ, які лежать в основі даного розділу фізики, а завданням є навчити студента вимірювати електричні величин і виконувати обробку результатів вимірювань. В процесі виконання лабораторної роботи студент оформляє звіт (див. зразок у додатках 1, 2).

У вступному занятті подана принципи дії, класифікація і основні характеристики електровимірювальних приладів.

У кожній лабораторній роботі вказана мета, теоретичні відомості, опис експериментальної установки, електрична схема, хід роботи  і контрольні запитання.

Вступне заняття

Електровимірювальні прилади

Електровимірювальні прилади – це прилади, призначені для:

а) прямих вимірювань електричних величин;

б) непрямих вимірювань неелектричних величин з використанням перетворювачів неелектричної величини в електричну (давачів).

1. Класифікація електровимірювальних приладів:

1.  за способом відображення інформації:

- аналогові (стрілочні);

- цифрові,

1.  за точністю:

- прецезійні;

- для лабораторних вимірювань;

- для технічних вимірювань,

1.  за принципом дії:

- електромеханічні;

- електронні;

- електротеплові;

- електронно-променеві,

1.  за видом вимірювальної величини:

- амперметри;

- вольтметри;

- омметри,

1.  за родом вимірювальної величини:

- постійного струму;

- змінного струму;

- постійного і змінного струму (універсальні).

2. Позначення на шкалі електровимірювального приладу:

2.1. Вид вимірювальної величини:

- вольтметри (позначаються літерою V );

- амперметри (А);

- ватметри (W);

- омметри (Ώ);

- лічильники енергії (kWh);

- фазометри (φ);

- частотоміри (Hz) тощо.

До умовної літери може бути додано позначення кратності основної одиниці, наприклад: міліамперметр – mА; кіловольтметр – kV    тощо.

2.2. Типи систем вимірювального вузла:

Магнітоелектрична	з механічною протидіючою силою
Електромагнітна	з механічною протидіючою силою
Електродинамічна	без заліза	з механічною протидіючою силою без механічної протидіючої сили
	феродинамічна	з механічною протидіючою силою без механічної протидіючої сили
Індукційна	з механічною протидіючою силою
	без механічної протидіючої сили
Теплова
Термоелектрична	з контактним термоперетворювачем
	з ізольованим термоперетворювачем
Детекторна
Електростатична

2.3. Ціна поділки шкали приладу

Перед початком проведення електричних вимірювань необхідно визначити ціну поділки шкали приладу, тобто, значення вимірюваної електричної величини, що викликає відхилення стрілки (вказівника) приладу на одну поділку. В загальному випадку ціна поділки є різницею значень вимірюваної величини для двох сусідніх поділок шкали. Ціна поділки залежить від верхньої і нижньої межі вимірювання приладу і від числа поділок шкали. Це треба мати на увазі тоді, коли при вимірюванні використовується прилад, в якого верхня межа вимірювань має декілька значень, тобто для багатодіапазонних приладів (рис. 1.).

Наприклад, в електричне коло ввімкнено амперметр з діапазоном вимірювання 5А (рис. 1.), а шкала приладу має 100 поділок, то ціна поділки такого приладу дорівнює:

.

Чутливість приладу в даному випадку дорівнюватиме:

.

2.4. Клас точності електровимірювального приладу

Клас точності (К.т.) – це узагальнена характеристика точності вимірювального приладу, яка визначає гарантовані межі її приладової похибки і встановлюється шляхом спеціальних метрологічних досліджень. Клас точності позначається цифрою, яка дорівнює зведеній похибці у відсотках, що допускає прилад. Випускають прилади таких класів точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. У лічильниках електроенергії класи точності такі: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5.

Клас точності приладу, визначає у відсотках відношення допустимої основної абсолютної похибки приладу в робочій частині шкали до величини, яка залежить від позначення класу точності на шкалі вимірювального приладу.

,

де Хпр – максимальна абсолютна (приладова) похибка, Х –  величина, яка залежить від класу точності на шкалі вимірювального приладу.

Наприклад, для амперметра з класом точності 0,5 і верхньою межею 5 А (рис. 1.), приладова похибка буде визначатись так:

2.5. Рід вимірювальної величини

На шкалі електровимірювального приладу вказується, для якого струму він призначений. Постійний струм позначається умовно однією рискою () або двома паралельними рисками (), а змінний струм – хвилькою (~). Якщо на приладі є обидва знаки (~) або (), то це означає, що прилад універсальний і призначений для вимірювання як постійного, так і змінного струму.

2.6. Встановлення шкали.

На приладі є позначення положення шкали, в якому слід виконувати вимірювання:

  - вертикальне;

  - горизонтальне;

60° - встановлення шкали під кутом.

2.7. Клас захисту

Клас захисту вказує на величину напруги між провідною і непровідною частинами приладу при якій зберігаються його ізоляційні властивості і позначається ( 2кВ - старе позначення), де 2 - значення напруги в кіловольтах, яку витримує ізоляція приладу.

Електрика

Лабораторна робота № 3.1

Визначення електроємності конденсатора балістичним гальванометром

Мета роботи: визначити електроємність конденсатора.

Теоретичні відомості

(Теорія до даної роботи описана в лекційному курсі (інтерактивного комплексу Ч І)§ 3.6–3.8).

Електроємність провідника – це фізична величина, яка чисельно рівна заряду, який необхідно надати провіднику, щоб змінити його потенціал на один вольт:

.

В СІ електроємність вимірюється в фарадах [Ф]. 1 Ф – це електроємність (або просто ємність) такого відокремленого провідника, потенціал якого змінюється на один вольт при наданні йому заряду в один кулон.

Систему провідників, яка має велику ємність за малих розмірів, називають конденсатором. Конденсатор – це пристрій для накопичення електричного заряду. Він складається з двох близько розміщених провідників, які називають обкладками конденсатора, розділених шаром діелектрика. На обкладках зарядженого конденсатора містяться однакові за модулем, проте різні за знаком заряди. Залежно від форми обкладок розрізняють плоскі, циліндричні, сферичні та інші конденсатори. Формула електроємності плоского конденсатора

,

де – електрична стала,  – діелектрична проникність середовища, S – площа пластин, d – відстань між пластинами.

Електроємність конденсатора – це фізична величина, яка рівна відношенню заряду q конденсатора до різниці потенціалів (φ1–φ2) між його обкладками:

. (1)

Таким чином, щоб визначити ємність конденсатора необхідно знати його заряд та різницю потенціалів між обкладками. В даній роботі величина заряду визначається за допомогою балістичного гальванометра. Для балістичного гальванометра заряд , що пройшов через прилад, пропорційний першому відхиленню рухомої частини гальванометра, тобто найбільшому кутовому відхиленню  “зайчика” від положення рівноваги

,     

де  – коефіцієнт пропорційності.

Враховуючи, що кут  пропорційний числу поділок n на шкалі приладу, можна записати

   (2)

де  – стала балістичного гальванометра.

На основі (1) та (2) отримаємо

.

Нехай маємо еталонний конденсатор з відомою ємністю С0 і досліджуваний конденсатор з невідомою ємністю С. Зарядимо їх по черзі до однакової різниці потенціалів  і розрядимо через гальванометр. У такому випадку

   та   ,   (3)

де  і  – найбільші відхилення “зайчика” при розрядженні еталонного і досліджуваного конденсаторів відповідно.

Розв’язуючи систему рівнянь (3) відносно С, отримаємо робочу формулу:

.    (4)

Опис установки

Для виконання даної роботи використовують електричну схему зображену на рис. 1. У схемі: Б – джерело постійного струму; П – реостат, ввімкнений за схемою потенціометра; V – вольтметр, яким вимірюється різниця потенціалів на досліджуваному і еталонному конденсаторах; К1 – ключ для вмикання джерела постійного струму;           К2 – ключ для зарядки і розрядки конденсаторів; К3 – перемикач для під’єднання в схему одного з конденсаторів; G – гальванометр;          К4 –

ключ для заспокоєння рухомої системи гальванометра.

Балістичний гальванометр – це гальванометр магнітоелектричної системи, період коливань рухомої частини якого значно більший від часу проходження імпульсу вимірюваного струму. Балістичні гальванометри виготовляють з великим періодом власних коливань. Це досягається збільшенням маси і, відповідно, моменту інерції його рухомої частини.

Коливання рухомої системи згасають дуже повільно. Щоб її заспокоїти, котушку гальванометра закорочують ключем. Це пояснюється тим, що в котушці, яка обертається в полі постійного магніту, виникає електрорушійна сила індукції та індукційний струм, котрий згідно з правилом Ленца протидіє рухові котушки.

Хід роботи

1.  Скласти електричну схему зображену на рис. 1.
2.  Встановити візирну лінію “зайчика” на нульовій позначці шкали гальванометра.
3.  Замкнути ключ  та встановити задану викладачем напругу за допомогою потенціометра .
4.  Під’єднати до схеми еталонний конденсатор С0 за допомогою ключа . Для зарядки конденсатора перевести ключ К2 у положення 1 на 2-3 секунди. Перемкнути К2 у положення 2 та зафіксувати максимальне відхилення візирної лінії “зайчика” від положення рівноваги. Отримані значення  записати в таблицю. Дослід повторити не менше 5 разів.
5.  Під’єднати до схеми досліджуваний конденсатор С за допомогою ключа . Заряджаючи та розряджаючи конденсатор аналогічно діям п. 4 записати покази n в таблицю.
6.  Оцінити паспортні приладові похибки та похибки табличних величин.
7.  Обчислити середні значення  та .
8.  Обчислити за робочою формулу (4) електроємність конденсатора С.
9.  Обчислити відносну і абсолютну похибки, записати кінцевий результат.

,

.

Результати вимірювань

 

  

№
1
2
3
4
5
Ср

Контрольні запитання

1.  Що називають електроємністю відокремленого провідника, конденсатора?
2.  В яких одиницях вимірюється електроємність?
3.  Назвати види конденсаторів.
4.   Вивести формулу електроємності плоского конденсатора.
5.  Як залежить електроємність конденсатора від діелектричної проникності речовини, що знаходиться між його обкладками?
6.  Вивести формули електроємності батареї конденсаторів, з’єднаних послідовно і паралельно.
7.  Опишіть будову і поясніть принцип дії балістичного гальванометра?

Лабораторна робота № 3.2

Визначення опору провідників за допомогою 

містка Уітстона

Мета роботи: 1) визначити опори провідників; 2) перевірити справедливість законів послідовного і паралельного сполучення опорів.

Теоретичні відомості

(Теорія до даної роботи описана в лекційному курсі (інтерактивного комплексу Ч І)§3.10-3.12)

Важливою характеристикою провідника є його опір. Опір провідника характеризує здатність провідника перешкоджати проходженню по ньому струму за рахунок перетворення енергії струму у внутрішню енергію провідника. Одиницею вимірювання опору є Ом. Один Ом це опір такого провідника, по якому протікає струм силою 1А при прикладеній напрузі 1В. Електричний опір провідника залежить від його геометричних розмірів і матеріалу, з якого виготовлений провідник

,    

де  – довжина провідника,  – площа його поперечного перерізу,  – питомий опір провідника, який залежить від матеріалу, з якого виготовлений провідник, і його температури.

Закон Ома для однорідної ділянки кола: сила струму в провіднику прямо пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опору провідника.

,     

де  – електричний опір провідника,  U – напруга.

Для розрахунку складних розгалужених електричних кіл зручно користуватись законами Кірхгофа, які є наслідками закону збереження електричного заряду і законів Ома.

Правила Кірхгофа:

1. Алгебраїчна сума сил струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулю (струми, які входять у вузли, беруться зі знаком плюс, а які виходять – зі знаком мінус; вузол – точка, в якій сходяться три або        більше провідники).  .    (4)

2. У довільному замкненому контурі алгебраїчна сума добутків сил струмів і опорів на всіх ділянках контура дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил у цьому контурі.  (5)

Правило знаків: для струмів, напрямки яких співпадають з умовно вибраним напрямком обходу контура, добуток  береться зі знаком “+”, у протилежному випадку – зі знаком “–”. Якщо при обході контура в середині джерела струму рухаємось від “–” до “+”, тобто в напрямку підвищення потенціалу, то е.р.с. даного джерела записуємо зі знаком “+”. У протилежному випадку ставлять знак “–”.

Опис установки та вивід робочої формули

В даній роботі використовується досить точний метод визначення електричного опору за допомогою містка Уітстона, електричну схему якого зображено на рис. 1, де  – реохорд;  – магазин опорів;  – невідомий опір;  – додатковий змінний опір, який обмежує струм через нуль-гальванометр ; ,  і  – ключі.

Реохорд – це дротину однакового поперечного перерізу. По реохорду можна переміщувати ковзний контакт (точка D). Його положення визначається по лінійці, яка натягнута вздовж реохорда. Положення ковзного контакту, при якому струм через гальванометр не протікає (місток збалансований) означає, що потенціали точок С і D однакові, тобто , , де через  позначено різниці потенціалів між відповідними точками електричного кола. Враховуючи, що , , та  отримаємо

,   (1)

.   (2)

У випадку коли місток збалансований , . Поділивши почленно (1) на (2) отримаємо ,   (3)

звідки .   (4)

Оскільки дротина АВ однорідна і однакового поперечного перерізу, то відношення опорів  можна замінити відношенням відповідних довжин реохорда   i  . Тоді (4) перепишемо у вигляді: .   (5)

Вираз (5) використовується як робоча формула для визначення опору .

Хід роботи

1.  Під’єднати в електричне коло в якості невідомого опору Rx резистор RI.
2.  Ввімкнути опір  – розімкнувши ключ .
3.  Встановити ковзний контакт на середині реохорда.
4.  Замкнути ключ .
5.  Замкнути ключ  і, змінюючи опір , добитися грубого балансу містка (показ  нуль-гальванометра близький до нуля).
6.  Вимкнути опір  (замкнувши ключ ) і, змінюючи опір , добитися точного балансу містка.
7.  Не змінюючи положення ковзного контакту, зміною опору  розбалансувати міст і знову його збалансувати. Записати слідуюче значення  в таблицю. Загальна кількість вимірювань має становити не менше трьох.
8.  Вимірювання провести окремо для двох невідомих опорів (RI та RII), їх послідовного і паралельного з’єднань.
9.  Обчислити за робочою формулою (5) невідомі опори .
10.  Оцінити паспортні приладові похибки та похибки табличних величин.
11.  На основі отриманих значень RI та RIІ перевірити формули для послідовного () і паралельного () з’єднань опорів. Зробити висновок.
12.  Обчислити відносну і абсолютну похибки, записати кінцевий результат.

.

Результати вимірювань

 

   

Опір	№	,	,
RI	1
	2
	3
	Ср.
RII	1
	2
	3
	Ср.
RI і RII послідовно	1
	2
	3
	Ср.
RI і RII паралельно	1
	2
	3
	Ср.

Контрольні запитання

1.  Сформулювати і записати закон Ома для повного кола, неоднорідної та однорідної ділянки кола.
2.  Сформулювати правила Кірхгофа і записати їх для містка Уітстона.
3.  Чому відношення опорів плечей реохорда можна замінити відношенням довжин відрізків дротини реохорда?
4.  Що називають питомою електропровідністю провідника?
5.  Що таке електричний струм? Сформулюйте умови існування електричного струму.
6.  Яку перевагу має метод вимірювання опору містком Уітстона в порівнянні з методом амперметра і вольтметра?

Лабораторна робота № 3.3

Визначення електрорушійної сили джерела 

методом компенсації

Мета роботи: визначити е.р.с. джерела струму.

Теоретичні відомості

(Теорія до даної роботи описана в лекційному курсі (інтерактивного комплексу Ч І) §3.10-3.12)

Для того, щоб по провіднику проходив постійний електричний струм, необхідно підтримувати на його кінцях постійну різницю потенціалів. Це зможуть здійснювати лише сили неелектричної природи. Такі сили називаються сторонніми . Наприклад, в гальванічних елементах розділення зарядів відбувається внаслідок протікання хімічних процесів, в генераторах – під дією механічних сил, в термоелементах – під дією теплового руху.

Величина, рівна сторонній силі, що діє на одиничний позитивний заряд, називається напруженістю електричного поля сторонніх сил

.

Елементарна робота сторонніх сил по переміщенню заряду q дорівнює

,

де  – кут між напрямком дії сили і напрямком руху додатного заряду,  – проекція вектора напруженості сторонніх сил на напрямок переміщення.

Тоді повна робота, яку виконують сторонні сили при переміщенні заряду q по замкненому контуру, дорівнює

. (1)

Інтеграл  називається циркуляцією вектора напруженості електричного поля сторонніх сил.

Робота, яка виконується сторонніми силами при переміщенні одиничного позитивного заряду по замкненому колу, називається електрорушійною силою 

. (2)

Слід чітко розрізняти поняття е.р.с., різниці потенціалів і напруги. Під різницею потенціалів розуміють роботу кулонівських сил по переміщенню одиничного позитивного заряду з однієї точки електричного кола в іншу. Під напругою розуміють роботу кулонівських і сторонніх сил по переміщенню одиничного позитивного заряду з однієї в іншу точку кола. Вище дано означення е.р.с. В тому випадку, коли сторонні сили діють на всьому шляху проходження електричного струму, е.р.с. називається розподіленою (наприклад, е.р.с. індукції або самоіндукції). Якщо ж дія сторонніх сил поширюється лише на окремі ділянки кола, то е.р.с. називається зосередженою (наприклад, е.р.с. гальванічного елемента). Одиницею вимірювань е.р.с., напруги, різниці потенціалів є вольт [B].

В розімкненому електричному колі електростатичні сили зрівноважуються сторонніми, отже . В цьому випадку різниця потенціалів між полюсами джерела чисельно дорівнює величині е.р.с. Оскільки різниця потенціалів дорівнює зміні потенціальної енергії одиниці заряду, то е.р.с. визначає, який найбільший запас електростатичної енергії може набути одиниця кількості електрики внаслідок роботи сторонніх сил. Всередині джерела е.р.с. (у внутрішній частині кола) сторонні сили переміщують заряди проти електростатичних сил, зовні джерела е.р.с. (у зовнішній частині кола) заряди переміщуються в напрямку дії електростатичних сил. Точки, які розділяють зовнішню і внутрішню ділянку кола, називаються полюсами джерела е.р.с. Полюс з більшим потенціалом називають позитивним, а з меншим – негативним. Е.р.с. є скалярною величиною.

Електрорушійна сила гальванічного елемента не залежить від розмірів електродів і кількості електроліту, а визначається лише їх хімічним складом. Кожний тип елементів має свою е.р.с.

Виведення робочої формули

Із закону Ома для повного кола слідує, що

, (3)

тобто спад напруги на зовнішній ділянці кола дорівнює е.р.с. мінус спад напруги на внутрішньому опорі (джерела струму).

Точне вимірювання е.р.с. не можна провести звичайним вольтметром. Вольтметр для своєї роботи потребує наявності струму в колі. Тому виміряна ним різниця потенціалів буде менша, ніж реальна е.р.с. В тих випадках, коли внутрішній опір вольтметра великий (наприклад, для лампового вольтметра), струм у його колі малий. Тоді .

Е.р.с. елементів можна виміряти компенсаційним методом Поггендорфа-Боша. Розглянемо схему, зображену на рис.1. Тут  – джерело постійного струму,  – досліджуваний елемент,  – нуль-гальванометр,  – нормальний елемент,  – реохорд.

Для виведення робочої формули застосуємо правила Кірхгофа:

1. Алгебраїчна сума сил струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулю (струми, які входять у вузли, беруться зі знаком плюс, а які виходять – зі знаком мінус; вузол – точка, в якій сходяться три або більше провідники). .    (4)

2. У довільному замкненому контурі алгебраїчна сума добутків сил струмів і опорів на всіх ділянках контура дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил у цьому контурі . (5)

Правило знаків: для струмів, напрямки яких співпадають з умовно вибраним напрямком обходу контура, добуток  береться зі знаком “+”, у протилежному випадку – зі знаком “–”. Якщо при обході контура в середині джерела струму рухаємось від “–” до “+”, тобто в напрямку підвищення потенціалу, то е.р.с. даного джерела записуємо зі знаком “+”. У протилежному випадку ставлять знак “–”.

Застосувавши друге правило Кірхгофа для контура , одержимо

,   (6)

де  – внутрішній опір досліджуваного елемента,  – внутрішній опір гальванометра,  – опір частини реохорда (ділянка АС).

Коли ковзний контакт С встановити так, що , то

.    (7)

У цьому випадку спад напруги на ділянці АС, створений джерелом , дорівнюватиме е.р.с. досліджуваного елемента (метод компенсації).

Замінимо досліджуваний елемент нормальним, тобто гальванічним елементом е.р.с. якого  відома. Пересуваючи контакт С, доб’ємось такого його положення D, щоб струм через гальванометр також не протікав. Тоді вираз (7) можна переписати у вигляді

.    (8)

Струм, що протікає через ділянку АВ залишається попереднім, оскільки у вітці AGD І=0.

Розділивши вираз (7) на рівняння (8), отримаємо

,    (9)

Враховуючи, що опір ділянок дротини реохорда пропорційний їх довжині, можна записати

,    (10)

де  і .

Знаючи  і вимірявши  та , на основі формул (9) і (10) можна знайти :

.    (11)

Опис установки

Дротина реохорда АВ натягнута на масштабній лінійці, що дає можливість безпосередньо відраховувати довжини  і .

Електрична схема (рис. 1) містить натискний ключ К, який дозволяє замикати коло на короткий час, щоб уникнути швидкої розрядки джерела  і поляризації елементів  та . Ввімкнення в коло досліджуваного елемента  і нормального  досягається двополюсним перемикачем П, а джерела  – ключем К1.

Нормальний елемент Вестона складається із скляної посудини, яка має форму букви Н (рис. 2). В нижній частині впаяні платинові електроди, з’єднані із затискачами. Роль позитивного полюса відіграє ртуть, негативного – амальгама кадмію. Електролітом є насичений розчин , деполяризатором – сірчанокислий закис ртуті . Е.р.с. нормального елемента дуже мало змінюється з часом, оскільки мала поляризація електроліту, а також майже не змінюється з температурою. При  вона дорівнює . Внаслідок постійності е.р.с. нормального елемента її зручно порівнювати з іншими невідомими е.р.с. Тому такий елемент застосовується в так званих компенсаційних схемах.

Хід роботи

1.  Скласти схему, зображену на рис. 1, звернувши увагу, що в точці А полярність джерел ,,повинна співпадати.
2.  Перемикачем П ввімкнути в електричну схему елемент з невідомою е.р.с. . Замкнути ключ  Пересуваючи повзунок реохорда, при замкнутому ключі , досягти відсутності струму через нуль-гальванометр (компенсації). Записати отримане по шкалі лінійки значення довжини ділянки реохорда  в таблицю. Дослід виконати не менше 5 разів, кожного разу, розбалансовуючи, а потім знову збалансовуючи, електричну схему.
3.  Перемикачем П ввімкнути у електричну схему елемент з відомою е.р.с. . Пересуванням повзунка реохорда досягти відсутності струму через гальванометр. Виміряти  не менше п’яти разів.
4.  Обчислити середні значення  та
5.  Оцінити паспортні приладові похибки та похибки табличних величин.
6.  Обчислити за робочою формулою (11) е.р.с. невідомого елемента .
7.  Обчислити відносну і абсолютну похибки, записати кінцевий результат.

,

Результати вимірювань

  ∆(lx)0=∆(l0)0=

№	, мм	, мм
1
2
3
4
5
Ср.

Контрольні запитання

1.  Що таке електричний струм? Які умови існування електричного струму?
2.  Чому для підтримки постійної різниці потенціалів необхідні сили неелектричної природи? Наведіть приклади дії сторонніх сил.
3.  Записати закон Ома для повного кола. Що таке е.р.с.?
4.  В чому полягає суть методу компенсації?
5.  Сформулюйте правила Кірхгофа.
6.  Чи можна виконувати вимірювання, якщо е.р.с.  або ?

Лабораторна робота № 3.4

Вивчення залежності опору металів від температури

Мета роботи: 1) визначити опір провідника першого роду при різних температурах; 2) побудувати графік залежності ; 3) визначити температурний коефіцієнт опору металу

Теоретичні відомості .

(Теорія до даної роботи описана в лекційному курсі (інтерактивного комплексу Ч І)§3.10)

До провідників першого роду відносяться метали і сплави. Носіями електричного струму в них є вільні електрони. Вільні електрони приймають участь у тепловому хаотичному русі. Якщо до деякої ділянки провідника першого роду прикладена різниця потенціалів, то на хаотичний рух електронів накладається їх впорядкований рух. При цьому носії струму стикаються з атомами (іонами) металу, які коливаються відносно положень рівноваги – вузлів кристалічної ґратки. Зіткнення відбуваються також з атомами домішок. В обох випадках ці зіткнення є причиною появи електричного опору. Якщо метал чистий і відсутні дефекти, то електрони розсіюються лише на теплових коливаннях ґратки. З підвищенням температури амплітуда коливань іонів збільшується і зростає опір металу. Якщо метал містить домішки, то електрони розсіюються не тільки на теплових коливаннях іонів самого металу, а й на дефектах.

Частина опору, яка зумовлена розсіянням електронів на домішках, залишається величиною скінченою навіть тоді, коли температура прямує до абсолютного нуля. При температурах порядку кімнатної і вищій розсіювання електронів на теплових коливаннях відіграє більшу роль, ніж розсіювання на домішках і дефектах ґратки.

До провідників другого роду належать електроліти. Носіями електрики у провідниках другого роду є рухомі іони. З підвищенням температури ступінь дисоціації рідкого електроліту зростає, а значить кількість носіїв струму збільшується, їх рухливість зростає і тому опір зменшується.

Залежність опору металів від температури описується законом

, (1)

де  – опір при 0С; R – опір металу при температурі  (за шкалою Цельсія); – температурний коефіцієнт опору, який чисельно дорівнює відносній зміні опору при зміні температури на один градус:

. 

Для металів зміна  з температурою незначна, а тому її можна вважати постійною в досліджуваному інтервалі температур. Запишемо вираз (1) для двох різних температур:

,   

.   (2)

Розв’язуючи систему рівнянь (2) відносно , отримаємо

. (3)

Співвідношення (3) є робочою формулою.

Хід роботи

1.  

До клем омметра під’єднати досліджуваний провідник, розміщений у термостаті (рис. 1).

1.  Перемикач “помножити” встановити в положення, при якому точність вимірювання опору буде максимальною.
2.  Виміряти опір досліджуваного провідника при кімнатній температурі.
3.  Ввімкнути нагрівник термостата і через кожні 5С вимірювати опір провідника. Вимірювання виконувати до температури 80-90С. Дані вимірювання записати в таблицю.
4.  Побудувати графік залежності опору провідника від температури .
5.  На графіку  вибрати прямолінійну ділянку і для кількох пар точок, достатньо віддалених одна від одної, що лежать на цій прямій, обчислити за робочою формулою (5) значення . Обчислених значень  повинно бути не менше п’яти.
6.  Знайти середнє значення .
7.  Обчислити відносну і абсолютну похибки, записати кінцевий результат.

,  

Результати вимірювань

Таблиця 1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t,C
R, Ом

Таблиця 2

№	Температурний інтервал	, K -1	∆α, K -1
1
2
3
4
5
Ср.

Контрольні запитання

1.  Пояснити природу електричного опору у провідниках першого і другого роду.
2.  Пояснити залежність опору провідника від температури при низьких і високих температурах.
3.  Записати формулу залежності опору провідника від температури.
4.  Яку величину називають температурним коефіцієнтом опору? В яких одиницях вона вимірюється?
5.  В чому полягає явище надпровідності?

Література

1.  Навчальний посібник “Загальна фізика”, ч. ІІ, під редакцією Олексин Д.І., Орленка В.Ф. Рівне, НУВГП, 2009
2.  Трофимова Т.И. Курс физики.–М., "Высшая школа", 1990.
3.  Детлаф А.А., Яворский В.М. Курс физики.–М., "Высшая школа", 1989.
4.  Савельев И.В. Курс физики.–М., "Наука", 1989, т.1–3.
5.  Зачек І.Р., Кравчук І.М., Романишин Б.М. та ін. Курс фізики. За ред. Лопатинського І.Є., Львів, “Бескид Біт” 2002.
6.  Олексин Д.І., Мороз В.М. Загальна фізика. Частина 1. Конспект лекцій для студентів заочної форми навчання. Рівне, 2002, 073-89.
7.  Дубчак Д.І., Ковалець М.О., Орленко В.Ф., Никонюк Є.С., Шляховий В.Л. Загальна фізика. Частина 2. Конспект лекцій для студентів заочної форми навчаня. Рівне, 2002, 073-90.
8.  Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. У трьох томах, К., 1999.

Додаток 1

Приклад оформлення титульної сторінки

___________________________________________________________

НУВГП

Кафедра хімії та фізики

Звіт

з лабораторної роботи  №  

Визначення горизонтальної складової напруженості 

магнітного поля Землі

Виконав:   

ст.  МБ 11   

 Яковчук А.А   

Перевірив:   

Орленко В.Ф.   

Рівне 2014 р

Додаток 2

Приклад оформлення звіту

___________________________________________________________

1.  МЕТА РОБОТИ:  визначити горизонтальну складову напруженості магнітного поля Землі.

 

2.  РОБОЧА ФОРМУЛА

I – сила струму;

– кут відхилення стрілки;

 R – радіус колових витків;

 N – кількість витків.

3.  РЕЗУЛЬТАТИ ВИМІРЮВАНЬ

    

    

    

№
1
2
3
Ср

4.  ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

(Підставляємо в робочу формулу середні значення)

 

 Н0 =

(Похибки обчислююся за вибраною методикою)

 

 

5.  КІНЦЕВИЙ РЕЗУЛЬТАТ

 

Н0 = Н0ср ± ΔН0

ε=    %

1. правовые средства мирового разрешения споров
2. К вопросу о раннем обучении иностранному языку
3. на тему- Можливості використання інформації
4. Статья- Сегментация рынков труда- внутренние и профессиональные рынки
5. Система дистанционного обучения
6. ТЕМА 5. Статистические показатели- средние ВЕЛИЧИНЫ 5
7. Тема 1 Экономическая сущность страхования Контрольные вопросы- 1
8. Stdfxh include [stdlibh] include [windows
9. ТЕМА 10 2 Средства влияющие на моторную функцию кишечника
10. Франківської області центр Калуського району адміністративний центр Калуської районної ради.
11. Конспект лекции по Информатизации и автоматизации производства
12. Список рекомендуемой литературы по курсу «Ботаника»-
13. Международный государственный экологический университет имени А
14. кадровая политика в управленческой практике весьма значим.html
15. Социальные аспекты медицинского страхования в Российской Федерации
16. Содержание.html
17. нование работ Ед
18. Контрольная работа Вариант 4 По дисциплине Ст
19. реферату- Досягнення культури Месопотамії та Стародавнього ЄгиптуРозділ- Культура Досягнення культури Мес
20. А Результат измерения Б Измерение

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе