- •Лабораторная работа № 1.1 определение цены деления и внутреннего сопротивления гальванометра
- •1.Основные указания
- •2.Описание установки
- •3.Порядок выполнения работы
- •4.Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 1.2 изучение электростатического поля
- •1.Основные указания
- •2.Описание установки
- •3.Порядок выполнения работы
- •1.Основные положения
- •2.Описание установки
- •3.Порядок выполнения работы
- •4.Контрольные вопросы
- •Определение удельного заряда электрона
- •1.Основные положения
- •2.Описание установки
- •3.Порядок выполнения работы
- •4.Контрольные вопросы
- •Определение электроемкости конденсаторов
- •1.Основные положения
- •2.Описание установки
- •3.Порядок выполнения работы
- •4.Контрольные вопросы
- •Проверка закона ампера
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •4.Контрольные вопросы
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2
- •Определение радиуса сферы при помощи сферического маятника
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •Определение характеристик колебательного контура
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •Проверка закона ома для переменного тока
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •Определение частоты биений
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •Уравнение биений, получающихся в результате сложения колебаний
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные Вопросы
- •Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы.
- •3.Контрольные Вопросы
- •Изучение колебаний струны и градуировка шкалы частот звукового генератора
- •1.Описание установки и вывод рабочих формул
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •Исследование электромагнитных волн в двухпроводной линии
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •Изучение распространения электромагнитного импульса в кабеле
- •1.Описание установки и вывод рабочих формул
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •Определение длины волны лазерного излучения с помощью интерференции от двух щелей
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •3.Контрольные вопросы
- •1.Описание установки и вывод рабочих формул
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
- •1.Вывод рабочих формул и описание установки
- •2.Порядок выполнения работы
- •3.Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 1.1 определение цены деления и внутреннего сопротивления гальванометра
Цель работы: изучить законы электрического тока и их применение для подключения гальванометра в цепь постоянного тока.
Приборы и принадлежности: лабораторная установка.
1.Основные указания
Для выполнения лабораторной работы необходимо знать: закон Ома для участка цепи ;
закон Ома для замкнутой цепи, содержащей источник тока с ЭДС ε , сопротивлением r ,
и два правила Кирхгофа: 1) Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: .
2) Для любого замкнутого контура сумма падений напряжений равна сумме всех ЭДС в этом контуре: ΣIκ Rκ = Σεκ .
Применим эти законы и правила к расчету шунта и добавочного сопротивления для гальванометра.
Гальванометр-это прибор для измерения очень малых токов и малых напряжений. Электроизмерительные приборы, включенные в цепь последовательно, чтобы не вносить искажений в измеряемые величины, должны иметь минимальное сопротивление, тогда как включенные в цель параллельно – максимальное. При желании, один и тот же гальванометр можно использовать в качестве прибора для измерения большого тока и прибора для измерения большого напряжения. В первом случае к нему нужно параллельно присоединить шунт с малым сопротивлением, во втором - последовательно присоединить большое добавочное сопротивление.
Рассчитаем гальванометр - амперметр (рис.1). По первому правилу Кирхгофа (1), а падение напряжения на участке АВ
(2), где Rа - спротивление амперметра; Rш - сопртивление шунта.
Пусть необходимо увеличить пределы измерения амперметра в N раз, т.е. сделать возможным измерение тока (3).
Из равенства (2) следует: , откуда (4).
Сопоставляя выражения (3) и (4), имеем: , откуда .
Видно, что для увеличения пределов измерения гальванометра по току в N раз, надо присоединить к нему параллельно шунт с сопротивлением в (N-1) раз меньшим сопротивления гальванометра.
Расчитаем гальванометр - вольтметр (рис.2). По закону Ома UАВ = I(Rд + Rv).
Так как , то (5).
Из уравнения (5) вытекает условие выбора добавочного сопротивления: если нужно измерить напряжение : , то необходимо присоединить такое добавочное сопротивление Rд, чтобы , откуда (6).
Отсюда видно, что для увеличения пределов измерения гальванометра по напряжению в N раз к нему следует последовательно присоединить добавочное сопротивление в (N-1) раз больше сопротивления гальванометра.
2.Описание установки
Отклонение стрелки в приборах магнитоэлектрической системы пропорционально проходящему току: , (7),
где n - число делений, соответствующее отклонению стрелки; ki - коэффициент пропорциональности, называемый ценой деления по току. Он показывает, какой ток надо пропустить через прибор, чтобы стрелка отклонилась на одно деление.
По закону Ома падение напряжения на приборе равно U = Irg (8), где - внутреннее сопротивление гальванометра.
Подставляя выражение (7) в (8), получим: U = kirgn (9). Величина называется ценой деления по напряжению.
Для определения используется схема, приведенная на рис.3. В схеме гальванометр G работает как амперметр (в этом случае его шунтом является R0) и как вольтметр (в этом случае его добавочным сопротивлением является R). Назначение магазина сопротивлений R1 - изменять ток через гальванометр.
Согласно закону ома ток на участке АС (10), где
- напряжение на зажимах источника; RAC - сопротивление участка АС: R = RAC + R (11).
Подставляя выражение (11) в формулу (10), получим: (12),
откуда .
Сложив сопротивления R0 ,R1 и rg ,получим: .
Если взять R0 <<rg , то величиной R0 в знаменателе можно пренебречь по сравнению с R1 +rg. Тогда, при любом изменении R1, RAB = R0.
Как следует из уравнения (12), ток в цепи все время будет постоянным: , (13)
(так как U=const, R=const, R0=const), поэтому падение напряжения на участке АВ UАВ = IR0 есть также величина постоянная.
Подставляя в это равенство значение силы тока I из формулы (13), получим: (14).
С другой стороны: , где , поэтому (15).
Из формулы (15) видно, что это есть уравнение прямой линии относительно аргумента 1/n.
Для двух значений R1, и соответственно n, получим: ; ; (16).
Решая систему уравнений (16) относительно ki и rg, получим:
(17); (18); (19).
Формулы (14), (17), (18), (19) - приближенные и дают хороший результат при условии, что rg>>R0. Они являются рабочими.