ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ ПОМОЩИ МОСТА УИТСТОНА (подготовка)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ ПОМОЩИ МОСТА УИТСТОНА

Цель работы: ознакомление с методом измерения сопротивлений при помощи моста постоянного тока; приобретение навыков расчета сопротивления проводников переменного сечения; определение удельных сопротивлений материалов токопроводящих моделей.

Схема установки:

Измерительный мост (рис. 8.1) образован четырьмя резисторами: сопротивления трех из них – R1, R2 и R3 – известны, сопротивление четвертого – Rx – требуется определить. Клеммами A и C мост присоединен к источнику G1, а в диагональ BD моста включен нуль-индикатор (гальванометр) P1. Если сопротивления в плечах моста подобраны так, что напряжение UAC делится между R1 и Rx в ветви ABC.

В качестве резисторов R1, R2 и R3 используются многодекадные магазины образцовых резисторов, изменяя номиналы которых, добиваются баланса моста, а затем рассчитывают Rx. Измерения проводятся на двух моделях, имеющих сопротивления Rx1 и Rx2. Переключатель SA1 (на схеме не указан) обеспечивает включение в плечо моста резистора Rx1 либо Rx2.

Исследуемые закономерности:

Сопротивление проводника зависит от материалов и от размеров и рассчитывается по формуле:

Удельное сопротивление служит одной из главных характеристик вещества и определяет плотность электрического тока в веществе по формуле:

, где – напряжённость электрического поля.

Также определяет количество теплоты, которое выделится в проводнике (закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме):

Сопротивление проводника переменного сечения, в котором не одинакова плотность тока, рассчитывают разбивая проводники на множество элементов длиной и площадью поперечного сечения .

Если такое разбиение невозможно, нужно использовать формулу:

, где - взаимная электроемкость электродов в среде с относительной диэлектрической проницаемостью .

Взаимная электроемкость электродов рассчитывается по формуле:

, где - заряд на одном из электродов, - разность потенциалов между электродами.

Разность потенциалов находится криволинейным интегрированием электрического поля:

где El – касательная к пути интегрирования компонента вектора E.

Контрольные вопросы:

№15

Объясните принцип, лежащий в основе моделирования электростатических полей на проводящих моделях.

Тот факт, что электрическое поле тока в слабо проводящей среде является потенциальным, позволяет использовать его для моделирования электростатического поля заряженных тел в вакууме. при этом силовым линиям электростатического поля будут соответствовать линии тока, а поверхностям равного потенциала – поверхности равных напряжений. В качестве слабо проводящий среды при моделировании электростатических полей используют разные материалы: дистиллированную воду, мокрый песок, электропроводную бумагу (при изготовлении бумаги в целлюлозу вводят электропроводные частицы сажи или графита).

№32

Последовательное и параллельное соединение источников тока

Параллельное соединение источников тока

При параллельном способе соединения источников тока соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы. Напряжение на разомкнутой батарее будет равно напряжению на каждом отдельном источнике, т. е. при параллельном способе соединения ЭДС батареи равна ЭДС одного источника. Сопротивление батареи при параллельном включении источников будет меньше сопротивления одного элемента, потому что в этом случае их проводимости суммируются.

Последовательное соединение источников тока

Разность потенциалов между положительным полюсом последнего источника и отрицательным полюсом первого будет равна сумме разностей потенциалов между полюсами каждого источника. Из этого вытекает, что при последовательном соединении ЭДС батареи равна сумме ЭДС источников, включенных в батарею. Общее сопротивление батареи при последовательном включении источников равняется сумме внутренних сопротивлений отдельных элементов.

ИДЗ

№4

Что такое плотность тока? Единицы измерения плотности тока.

Плотность тока – это вектор 𝑗, совпадающий с направлением электрического тока в рассматриваемой точке, и численно равный количеству зарядов, которое проходит в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению тока.

№30

Объясните, чем отличаются потенциал, напряжение и ЭДС?

Разность потенциалов численно равна отношению работы A (работа по сути - изменение потенциальной энергии заряда), совершаемой данным электростатическим полем при переносе рассматриваемого заряда q из точки поля 1 в точку поля 2, к величине данного пробного заряда q.

Напряжение между точками A и B отличается от разности потенциалов между этими точками на работу сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда.

ЭДС является скалярной физической величиной, характеризующей работу непосредственно действующих сторонних сил (любых сил за исключением электростатических) в цепях постоянного или переменного тока.

№18

Сила тока в проводнике равномерно возрастает от 5 А до 15 А за время 10 с. Определите заряд, прошедший по проводнику.

Дано:

Решение:

Так как:

То:

Ответ: 50 Кл

ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ ПОМОЩИ МОСТА УИТСТОНА.

№
1
2
3

№
1
2
3