Лабраб N2 Ом
.docЛабораторная работа № 2
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ПРИ ПОМОЩИ МОСТА ПОСТОЯНОГО ТОКА
Цель: Усвоить законы постоянного тока.
Задача: Определить значения сопротивления проводника с помощью моста Уинстона и изучить изменения общего сопротивления нескольких проводников при различных схемах их присоединения. .
Принадлежности: мост постоянного тока УМВ, измеряемые сопротивления.
Теория. Измерение сопротивления в данной работе производится при помощи моста Уинстона. Мостик Уинстона состоит из трёх магазинов сопротивления r1, r2, R, которые вместе с измеряемым сопротивлением RX образуют замкнутый четырёхугольник АВСD, в одну из диагоналей которого включается гальванометр, а в другую - элемент.
А
I1
I3
r1
RХ
D
I
G
B
r2
R
I2
I4
С
Можно подобрать сопротивления r1, r2 и R таким образом, чтобы при замкнутом ключе ток через гальванометр не пойдёт (I = 0). В этом случае потенциалы точек В и D будут одинаковы и можно будет написать:
UАD = UАВ или I1r1 = I3 Rx,
UDC = UBC или I2r2 = I4 R. (1)
Разделив одно равенство на другое, получим:
(2)
Так как ток в гальванометре I=0 не идет, то I1=I2 и I3 = I4. Следовательно, в равенстве можно произвести сокращение, после чего получим
, откуда .
Для измерений используется мост постоянного тока МО-62. Пределы измерений сопротивлений 0,0001…106 Ом. Относительная погрешность измерений не более 0,1 %, кроме высоких значений сопротивления (для диапазона 104 …105 Ом − 0,5%; для диапазона 105 …106 Ом − 5%).
Описание моста постоянного тока. На дюралевой панели УВМ, схема которого изображена на крыше панели, смонтированы 5 декадных переключателей. На четырёх переключателях комплект по 10 равных катушек, соединённых последовательно, каждое из которых имеет сопротивление по 10, 100, 1000 и 10000 Ом соответственно. Эти четыре декадных переключателя с катушками образуют рычажное «плечо сравнений» моста. На пятом переключателе – «множитель» - установлено 10 катушек сопротивления, из которых 8 соединены последовательно и образуют «плечо отношения», а 9-я включена в цепь для защиты катушек от перегрузок. Сопротивления моста намотаны бифилярно* из манганинового** провода.
*Бифилярная намотка двух проводов делается для оптимизации магнитного поля токов этих проводов: при совпадении направления токов поле удваивается, при разных направлениях – поле обнуляется. Это важно для систем связи, так как эти поля могут вызвать искажения в соседних проводниках, поэтому часто используется так называемая «витая пара». В эталонных сопротивлениях стараются минимизировать реактивную составляющую сопротивления (т.е. индуктивности и емкости), желательно свести их к нулю. Бифилярная намотка используется также для витых вольфрамовых элементов накаливания для их долговечности.
**Манганин – основной сплав для электроизмерительных приборов и эталонов сопротивлений, Cu 86%, Mn 12%, Ni 2%. удельное объемное сопротивление 4,5*10-7Ом*м
Упражнение. Проверка выполнения закона Ома для различных соединений проводников
-
Подготовить таблицу измерений:
Сопротивление отдельных проводников
-
1
2
3
Среднее
R1
R2
R3
-
Перед выполнением работы установите переключатели на мосте в следующие положения: «ПП»- «сеть»-36 В,
«ПС»-2 З,
«N»- 1,
«ГВ-ГН»-«ГВ»,
«сеть»-«выкл.».
При помощи корректора установить стрелку гальванометра на нуль.
-
Подключить прибор к сети,
-
К зажимам «Rx» подключить измеряемое сопротивление.
-
Включить переключатель «сеть».
-
Для включения моста нажимают кнопку «грубо».
-
В зависимости от отклонения стрелки гальванометра, проворачивают тумблер декады магазина, подбирая тем самым сопротивление, при котором стрелка гальванометра устанавливается близко к нулю. Отпускают кнопку «грубо».
-
Для более точного измерения сопротивления нажимают кнопку «точно». Снова проворачивая тумблеры устанавливают такое сопротивление, при котором стрелка гальванометра устанавливается на нуль. Отпускают кнопку «точно». Записывают полученное значение сопротивления.
-
Так измеряют по отдельности все три неизвестные сопротивления. Заносят результаты в таблицу.
-
Соединяя сопротивления сначала последовательно и затем параллельно, проверить нижеследующие формулы для вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединениях.
Последовательное соединение: Rпосл = R1+ R2+ R3
Последовательное соединение:
-
Сочетание
Расчет
Измерения
Среднее
Разница
Отн. погрешность,%
1
2
3
R1+R2
R2+R3
R3+R1
Параллельное соединение:
.Параллельное соединение:
-
Сочетание
Расчет
Измерения
Сред-нее
Разни-ца
Отн. погрешность,%
1
2
3
R1R2/(R1+R2)
R2R3/(R2+R3)
R3R1/(R1+R3)
Контрольные вопросы
-
Какие цепи называются мостами постоянного тока?
-
Принципиальная схема моста постоянного тока.
-
Вывести соотношение между плечами уравновешенного моста.
-
Общее сопротивление при последовательном и параллельном соединениях проводников
-
Закон Ома для участка цепи и полной цепи.
-
Первый закон Кирхгофа.
-
Второй закон Кирхгофа
-
Материалы для изготовления резисторов
-
Бифилярная намотка
-
Температурная зависимость электрического сопротивления металлов
Литература:
-
Физический практикум. Электричество и оптика. // под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1965 − С.281−299.
-
Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. – М.: Высш. школа, 1991.
-
Трофимова Т.И. Курс физики. – М., Высшая школа, 2000..