Порядок выполнения экспериментов
Описание установки и методика проведения эксперимента
Модуль лабораторного стенда для изучения обобщенного закона Ома показан на рис. 1.
Рис. 1. Модуль лабораторного стенда
В процессе выполнения лабораторной работы производится измерение разности потенциалов на концах неоднородного участка цепи, содержащего неизвестный источник постоянной ЭДС E2 с внутренним сопротивлением R0 в зависимости от величины и направления протекающего по нему тока. Для изменения величины и направления тока на заданном участке служит дополнительный регулируемый источник ЭДС E1, который может быть включен в общую цепь согласно или встречно с источником E2(рис. 2).
 |
Рис. 2. Принципиальная схема установки
Сплошные линии на схеме, соответствуют согласному включению источников E1 и E2, а пунктирные - встречному.
Запишем закон Ома для однородного участка цепи 1dc2:
. (1)
Показания вольтметра определяются проходящим через него током, поэтому вольтметр всегда измеряет разность потенциалов между точками, к которым подключен. Уменьшить искажения, которые вольтметр вносит в работу измеряемой схемы, можно уменьшая текущий через него ток IV, для этого прибор конструируют так, чтобы он имел большое внутреннее сопротивления RV.
Первое правило Кирхгофа для узла (1) имеет вид:
. (2)
|
|
|
Запишем второе правило Кирхгофа для замкнутого контура 1ab21, считая включение ЭДС согласным (встречное включение при этом будет учитываться автоматически использованием отрицательных значений E1):
. (3)
Так как ток, протекающий через вольтметр пренебрежимо мал, то из (6.21) следует, что:
. (4)
С учетом этого приближения (3) можно записать в виде:
. (5)
Из последнего уравнения следует, что изменение E1 приводит к линейному изменению силы тока I. Увеличение E1 при согласном включении приводит к увеличению тока. Величине E1=0 соответствует сила тока
. (6)
При этом значении силы тока происходит переключение E1 от согласного к встречному направлению.
Увеличение E1 при встречном включении уменьшает ток, причем если E1=- E2, то ток I=0. Еще больше увеличение значения E1 при встречном включении, опять приводит к росту тока, но в обратном направлении. Таким образом, видно, что регулируемое E1 можно использовать для изменения силы тока на участке цепи 1-2, содержащем ЭДС E2.
|
|
|
Запишем обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи 1-2 содержащего E2:
. (7)
Здесь учтены направления тока и ЭДС при переходе от точки 1 к точке 2. Выразим разность потенциалов между этими точками:
. (8)
Полученное уравнение показывает, что разность потенциалов (напряжение U) между точками 1 и 2 линейно убывает с увеличением тока, так как растет падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника R0. Зависимость U от силы тока I, текущего через источник E2 изображена на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость напряжения от тока для неоднородного участка цепи
Экспериментальная проверка выполнения обобщенного закона Ома заключается в построении графика зависимости U=U(I). Наличие линейной зависимости вида (8) означает правильность теории. Кроме того, эксперимент позволяет определить ЭДС и внутреннее сопротивление исследуемого источника напряжения. Действительно, из уравнения (8) следует, что график линейной зависимости должен пересекаться с осью напряжений в точке U= E2, так как при этом I=0, а с осью тока в точке Iк= E2/R0. Поэтому в работе необходимо построить график линейной зависимости U=U(I) и найти точки его пересечения с осями координат. При этом значение E2 определяется непосредственно по точке пересечения c осью ординат, а значение внутреннего сопротивления вычисляется по формуле:
|
|
|
, (9)
в которой Iк есть точка пересечения графика с осью абсцисс.
В лабораторной работе необходимо вычислить указанные величины для источника E2 и сравнить результаты с заданными преподавателем значениями.
Следует отметить, что ток Iк равен току короткого замыкания источника E2, так как при коротком замыкании, то есть при соединении точек 1 и 2, напряжение (или разность потенциалов между указанными точками) тоже будет равно нулю.
Для построения графика используется метод наименьших квадратов, что позволяет учесть всю совокупность экспериментальных точек и более точно определить измеряемые величины. Необходимо нанести на координатную плоскость все экспериментально полученные точки и постараться провести по линейке прямую линию наилучшим образом, то есть так, чтобы сумма квадратов кратчайших расстояний от этих точек до прямой линии была минимальной. Очевидно, что в этом случае точки будут равномерно распределены с обеих сторон от прямой линии. Аналитический вариант метода наименьших квадратов здесь не применяется из-за его высокой трудоемкости.
|
|
|
Порядок выполнения экспериментов
1.Собрать схему лабораторной установки (рис. 2).
2. Источник с ЭДС E1 включить встречно источнику с ЭДС E2.
3. Подключить к сети лабораторный модуль и источники питания. Включить измерительные приборы.
4. Установить указанное преподавателем значение ЭДС источника питания E2и в дальнейшем это значение не менять.
5. Изменяя ЭДС источника питания E1в пределах 1–10Вс интервалом в 1В, измерить значения тока I и разности потенциалов U на участке 1-2.
6. Занести результаты измерений в табл. 1.
7. Источник с ЭДС E1 включить согласно источнику с ЭДС E2.
8. Провести измерения как указано в п.5.
9. Занести результаты измерений в табл. 2.
Таблица 1.Показания амперметра и вольтметра при встречном включении ε1
| ε1, В | 0 | -1 | -2 | -3 | -4 | -5 | -6 | -7 | -8 | -9 | -10 |
| I, А | |||||||||||
| Uv, В |
Таблица 2.Показания амперметра и вольтметра при согласном включении ε1
Дата добавления: 2021-04-06; просмотров: 47; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!