- •Методические указания к лабораторным работам по разделу "электричество и магнетизм"
- •Введение
- •Правила выполнения работы и офрмления полученных результатов
- •Рекомендуемая литература
- •Практические задания
- •1. Регулировка тока в широких пределах с помощью реостата.
- •2. Регулировка напряжения с помощью потенциометра.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестного сопротивления методом амперметра и вольтметра.
- •2. Определение неизвестного сопротивления мостовым методом.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.
- •2. Проверка энергетических соотношений в замкнутых цепях постоянного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестной эдс методом компенсации.
- •2. Определение компенсационным методом напряжений, токов и сопротивлений.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Предварительный расчет параметров зарядной и разрядной цепи.
- •2. Исследование зависимостей напряжения и тока от времени при зарядке и разрядке конденсатора.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение параметров воздушного конденсатора.
- •2. Определение емкости плоского конденсатора с диэлектрической пластиной и расчет диэлектрической проницаемости.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Снятие временных зависимостей.
- •2. Снятие вольт-вольтовых характеристик.
- •3. Определение частоты сигнала и сдвига фаз методом фигур Лиссажу.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение индуктивности, активного сопротивления катушки.
- •2. Расчет параметров колебательного контура и экспериментальное получение затухающих колебаний.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 10
- •Практические задания
- •1. Определение емкости конденсатора.
- •2. Определение активного сопротивления и индуктивности катушки.
- •3. Проверка закона Ома для переменного тока.
- •4. Изучение резонанса напряжений в цепи переменного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 11
- •Практические задания
- •1. Исследовать зависимость анодного тока от напряжения между электродами при разных токах накала катода. Проверка закона Богуславского-Ленгмюра.
- •2. Расчет температуры катода при различных токах накала. Определение работы выхода электронов из вольфрама.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Оглавление
- •Электричество и магнетизм
- •3,5 Усл. Печ. Л. Тираж 250 экз. Заказ № 8
Практические задания
1. Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.
Как правило, заводские источники тока имеют очень маленькое внутреннее сопротивление, поэтому для получения зависимостей, отражающих рассмотренные выше энергетические соотношения, нужно последовательно с источником тока подключить сопротивление, имитирующее внутреннее сопротивление источника. Для этого можно использовать источник с ~ 10 В, имитационное сопротивление ~ 100150 Ом. На рисунке клеммы "a" и "b" – выходные клеммы созданного "источника" с электродвижущей силойи внутренним сопротивлениемr(Рис.2).
Для регистрации тока, протекающего по замкнутой цепи, и падения напряжения на нагрузке необходимо выбрать амперметр и вольтметр, исходя из и максимального тока при нулевом сопротивлении нагрузки (тока короткого замыкания).
С
20
2. Проверка энергетических соотношений в замкнутых цепях постоянного тока.
По определенным в первом задании значениям иIкзоценить максимальное значение полной мощностиPmax, максимальное значение полезной мощностиPR max, полную мощность при согласованной нагрузке.
Снять зависимости тока и напряжения от сопротивления нагрузки, причем необходимо включить в это сопротивление и значения сопротивлений электроизмерительных приборов rAиrV:
.
Для получения необходимой точности при построении зависимости, нужно задавать такие значения внешнего сопротивления, чтобы примерно десять точек соответствовали условию , и около двадцати точек – условию .
По полученным данным рассчитать и построить графики зависимостей полной мощности, полезной мощности и КПД от сопротивления нагрузки и от тока в цепи. Проанализировать полученные зависимости P(R),PR(R),(R) иP(I),PR(I),(I), обосновать ход зависимостей от тока и сделать вывод о выполнимости выведенных выше энергетических соотношений в замкнутых цепях постоянного тока.
Построить зависимость потерь мощности от сопротивления внешней нагрузки P(R) и тока в цепиP(I).
Вопросы к зачету по работе.
Почему на нагрузке выделяется энергия при протекании тока, сколько ее выделяется и на что она тратится?
Почем не вся мощность, вырабатываемая источником тока, может быть использована в качестве полезной мощности, и как уменьшить потери мощности?
Что означает "согласованная нагрузка" и чему равен КПД источника при согласовании нагрузки?
П
21
очему согласованный режим работы является оптимальным?
Лабораторная работа № 5
Изучение компенсационного метода измерения электрических величин
Цель работы.
Изучить компенсационный метод измерения напряжений, токов и сопротивлений.
Знания, необходимые для допуска к работе.
Закон Ома для цепи постоянного тока;
Правила Кирхгофа.
Краткие сведения из теории.
ЭДС источника тока нельзя точно измерить вольтметром (только если вольтметр не электростатической системы), потому что вольтметр имеет конечное сопротивление, а значит, при подключении его к источнику в замкнутом контуре потечет ток и часть напряжение будет падать на внутреннем сопротивлении источника. Вольтметр же измерит только внешнее падение напряжения, причем оно будет тем меньше, чем меньше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением источника. Компенсационный метод измерения позволяет измерять электрические параметры цепей с высокой точностью, как правило, не достижимой при использовании амперметров, вольтметров, гальванометров и т.д.
И дея метода заключается в следующем. Падение напряжения на участке сопротивленияR1, возникающее при протекании тока, включается навстречу подключенному параллельно неизвестному источнику ЭДС. При этом, если выполнится условие
,
г
22
.
Добиться компенсации можно, меняя напряжение опорного источника U0при неизменном положении движка реостатаR, или при фиксированном напряженииU0перемещая движок до наступления компенсации.
Часто невозможно достичь желаемой точности в определении напряжения опорного источника U0и параметров компенсирующей цепиRиR1. Тогда можно воспользоваться относительным методом, взяв в качестве эталонного ЭДС нормальный элемент. Его достоинством является высокая точность и стабильность выходной ЭДС. При комнатной температуре (~ 20С)= 1,018665 В. Внутреннее сопротивление нормального элемента 5001000 Ом, допустимый ток не более 1 мкА. После компенсации неизвестного источника и снятия положения движкаR1x, к тем же клеммам подключается нормальный элементэи определяетсяR1э. Так как параметры цепи опорного источника не менялись, токI0оставался постоянным, то можно вывести формулу для расчета неизвестной ЭДС:
.
Ясно, что данный метод компенсации позволяет измерять неизвестное ЭДС только при условии .
В компенсационных схемах повышенной точности вместо измерительного сопротивления Rиспользуется набор декад образцовых сопротивлений, причем подключение их выполнено таким образом, чтобы сила тока в цепи опорного источникаI0оставалась неизменной. Тогда эти декады сопротивлений можно проградуировать по эталонному источнику в единицах напряжения и снимать показания сразу в этих единицах.
Компенсационный метод позволяет измерять, правда косвенно, и ток, и сопротивление. При измерении сопротивления его и эталонное сопротивление включают последовательно. При протекании по ним тока Iпадение напряжения пропорционально величинам их сопротивлений
23
а почленно поделив эти выражения друг на друга, получаем формулу для определения неизвестного сопротивления:
.
По падению напряжения на эталонном сопротивлении можно точно определить силу тока Ix, протекающего в цепи,
.
Компенсационные методы могут быть использованы и для калибровки и градуировки электроизмерительных приборов.