Лабораторная работа №12

R .

x

Источником тока служит батарея , включенная в цепь последовательно

с ключом К. Во избежание перегрева плеч моста ток в цепи должен быть

минимальным.

Порядок выполнения работы

1.Составить перечень приборов и указать их характеристики, заполнив табл. П.1.

2.Ключ К должен быть разомкнут.

3.Установить на магазине значение сопротивления R2 = 10 Ом.

4. Выполнить измерения Для этого замкнуть ключ К и

сбалансировать мост путем перемещения контакта D вдоль реохорда при постепенном выведении балластного сопротивления Rб из цепи гальванометра.

Когда стрелка гальванометра установится на нуле, записать показания вольтметра и амперметра, разомкнуть ключ К и отсчитать значения φ3 и φ4 .

Измерения R	повторить еще четыре раза, увеличивая каждый раз
x

значения R2 на 10 Ом. Результаты всех измерений занести в табл. П. 2.

При выполнении работы в виртуальном варианте необходимо включить компьютер и загрузить программу измерений, щёлкнув кнопкой мыши по ярлыку с названием программы на рабочем столе монитора. При проведении измерений следовать указаниям, приведённым на экране монитора.

5. По формуле (13) произвести расчеты Rx,i и результаты занести в табл. П. 2.

6. По выражению (14) рассчитать Rx,i , занести в табл. П. 2 и найти среднее значение Rx . Полученный результат сравнить с контрольными данными.

7. По формуле (15) найти RA,i , записать в табл. П. 2 и определить среднее значение RA . Полученный результат сравнить с контрольными данными.

8. По формуле

11

R		d	2	(16)
	x	4l	,

где d – диаметр проволоки, определить значение удельного сопротивления

	проволоки и сравнить его с контрольными данными.
	9. По формуле
	j	4I		(17)
		d 2

произвести расчеты плотности тока и результаты занести в табл. П. 2.

10. По выражению (5) рассчитать значения напряженности электрического поля E в проводнике Rx и результаты занести в табл. П. 2.

11. На миллиметровой бумаге построить график j = f(E), по формуле (6)

определить значение гр, сравнить его с контрольными данными и со значением

, полученным по выражению (16).

12.По формуле (7) оценить значения <u > для разных величин плотностей тока и результаты занести в табл. П.2.

13.Произвести расчеты погрешностей в определении Rx , RA и .

14.Оформить отчет согласно "Форме отчёта".

Контрольные вопросы

1.Что представляет собой электрический ток? Какие частицы являются свободными носителями заряда в металлах?

2.Какова причина электрического сопротивления при протекании тока в металлах?

3.Сформулировать закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной формах.

4.Существует ли движение носителей заряда в металлическом проводнике при отсутствии в нем электрического поля? Если да, то какое?

5.Какое направление принимается за направление тока?

6.Почему амперметр включается в электрическую цепь последовательно,

авольтметр – параллельно?

12

7.Какие цепи называются мостами постоянного тока?

8.Сформулировать первое правило Кирхгофа.

9.Сформулировать второе правило Кирхгофа. Для чего необходимо выбирать направление обхода контура?

10.Какова принципиальная схема работы моста постоянного тока? В чем заключается принцип ее работы?

13

ПРИЛОЖЕНИЕ

Титульный лист

ФОРМА ОТЧЕТА

УрФУ

Кафедра физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе

Изучение электрического сопротивления

металлических проводников

Студент-(ка)___________________

Группа _______________________

Преподаватель_________________

Дата _________________________

На внутренних страницах:

1. Расчетные формулы

1.1. Формула для расчета величины R :

x

	R	R	3,i		,
	x,i	2,i		4,i
где R2	– известное сопротивление;
n3 , n4	– числа витков (оборотов) реохорда, соответствующие плечам l3 и l4 .

1.2. Формулы для расчета величины Rx :

Rx,i Ui ,

Ii

где Ui	– показания вольтметра; Ii –	показания амперметра.
		1	n
	Rx		Rx,i ,
		n i 1
где n –	число измерений.

1.3. Формулы для определения значения RA : 14

	R	A,i	R			R	,
				x,i		x,i
				1	n
	RA				RA,i .
				n i 1

1.4. Формула для определения удельного электросопротивления

Rx d 2 , 4l

где d – диаметр исследуемого проволочного образца; l – длина проволоки. 1.5. Формула для расчета плотности тока

ji 4li2 ,d

где Ii – текущий по образцу ток.

1.6. Формула для расчета напряженности электрического поля

Ei Ul i ,

где Ui – падение напряжения на образце.

1.7. Формула для определения значения удельного электросопротивления по данным графика j = f(E):

гр E . j

1.8. Формула для оценки средней скорости направленного движения электронов в образце

				u			ji		,
					i
							n	e
где n 5 1028 м 3				– значение концентрации свободных электронов в металле;
	e		1,6 10 19 Кл –	величина заряда электрона.

2.Схема рабочей цепи.

3.Средства измерений и их характеристики.

15

Табл. П. 1

Наименование средства

Предел

Цена

Класс

Предел

измерения

измерения

деления

точности

основной

шкалы

погрешности,

θосн

Реохорд высокоомный

круговая шкала

Нуль-гальванометр

Вольтметр

Амперметр

Магазин сопротивлений:

R 2

Реостат движковый

Исследуемое сопротивление №_____

l = .........., м ,

l =............,м,

d = ..........,м,

d = ..........,м.

4. Результаты измерений и расчетные значения

Табл. П. 2

Номе

R2,

φ3,

φ4,

R’x,

I,

U,

Rx,

RA,

E,

j,

<u >,

р п/п

Ом

рад.

рад.

Ом

А

B

Ом

Ом

B/ м

A/м2

м/c

1

10

2

20

3

30

4

40

5

50

16

5. Расчеты искомых величин:

5.1. R

R

3,i

....................

Ом.

x,i

2,i

4,i

5.2.

R

Ui

................

Ом;

x,i

Ii

1

5

R

R

= ...................

Ом.

x

x,i

5 i

1

5.3. R

A,i

R

R

..................

Ом;

x,i

x,i

5

RA

1

RA,i ..................

Ом.

5 i 1

5.4. R

d 2

Ом м.

x

4l

................

5.5.

j

4Ii

...................

А/м 2.

i

d 2

5.6. E

Ui

....................

В/м.

i

l

5.7. гр

=

E

................

Ом м.

j

5.8.

u

ji

.................

м/c.

i

n

e

6. Оценка границ погрешностей:

6.1. Результаты измерения Rx

Табл. П. 3

Номер п/п	R ,Ом	R	R		,Ом	Rx,i Rx	2	,Ом	2
	x,i	x,i		x
1
2
3
4
			17

5
Среднее значение Rx =.....................										Ом.
			n	Rx,i Rx			2
SRx			i 1					= .....................		Ом;
				n n 1

t p,n коэффицент Стьюдента, значение которого берется из табл. П. 3.

Rx tP,n SRx

Ом;

Rx Rx

..................

Ом

при Р = 0,95.

6.2. Результаты измерения RA

Табл. П. 4

Номер п/п

R

,Ом

R

R

,Ом

2

2

A,i

A,i

A

RA,i

RA

,Ом

1

2

3

4

5

n

RA,i RA 2

SRA

i 1

.......................

Ом;

n n 1

RA tP,n SRA .....................

Ом;

RA RA ...................

Ом

при Р = 0,95.

6.3. Результаты расчета

Rx

2

d 2

2

........................

;

Rx

d

...............

Ом м

при Р=0,95.

7. Окончательные результаты

R x =...................

Ом

при P = 0,95;

18

R A =..................	Ом	при P = 0,95;
= ....................	Ом м	при P = 0,95;
гр = .................	Ом м
u 1 = м/c;
u 5 = м/c.
8. Выводы.

19

Учебное издание

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА

Методические указания к лабораторной работе № 12

Составители Карпов Юрий Григорьевич

Компьютерный набор Н. Н. Анохиной

Подписано в печать		Формат 60 84 1/16.
Бумага писчая.	Плоская печать.	Усл. печ. л.
Уч.- изд. л.	Тираж 100 экз.	Заказ

Редакционно-издательский отдел УрФУ 620002, Екатеринбург, Мира, 19 [e-mail]

Ризография НИЧ УрФУ 620002, Екатеринбург, Мира, 19

20