Електрика

Застосувавши другий закон Кірхгофа для контура  , одержимо

 

 , (6)

 

де   – внутрішній опір досліджуваного елемента,   – внутрішній опір гальванометра,   – опір частини АС реохорда.

Коли ковзний контакт С встановити так, що   (компенсація), то 

 

 . (7)

 

В цьому випадку спад напруги на ділянці АС, створений джерелом  , дорівнює е.р.с. досліджуваного елемента.

Замінимо досліджуваний елемент нормальним, е.р.с. якого   відома. Пересуваючи контакт С, доб’ємось такого положення D, щоб струм через гальванометр також не протікав. Тоді вираз (7) можна переписати у вигляді

 

 . (8)

 

Струм через ділянку АВ залишається попереднім, оскільки у вітці AGD струму немає.

Розділивши вираз (7) на рівняння (8), одержимо

 

 , (9)

 

Внаслідок того, що опір ділянок дротини реохорда пропорціональний їх довжині, можна записати

 , (10)

де   і  .

 

Знаючи   і вимірявши   то  , на основі формул (9) і (10) можна знайти  :

 

 . (11)

 

Опис установки

Дротина реохорда АВ натягнута на масштабній лінійці, що дає можливість безпосередньо відраховувати довжини   і  . 

У схемі (рис.1) введений натискний ключ К, який дозволяє замикати коло на досить короткий час, щоб уникнути швидкої розрядки джерела   і поляризації елементів   та  .

З метою захисту гальванометра від сильних струмів у той час, поки ще не знайдені потрібні точки С і D, введений великий опір   (приблизно 20-30 кОм).

Ввімкнення в коло досліджуваного елемента   і нормального   досягається двополюсним перемикачем П, а джерела   – ключем К1. 

Нормальний елемент Вестона складається із скляної посудини, яка має форму букви Н (рис.2). В нижній частині впаяні платинові електроди, з’єднані із затискачами. Роль позитивного полюса відіграє ртуть, негативного – амальгама кадмію. Електролітом є насичений розчин  , деполяризатором – сірчанокислий закис ртуті  . Е.р.с. нормального елемента дуже мало змінюється з часом, оскільки мала поляризація електроліту, а також майже не змінюється з температурою. При   вона дорівнює    . Внаслідок постійності е.р.с. нормального елемента її зручно порівнювати з іншими невідомими е.р.с. Тому такий елемент застосовується в так званих компенсаційних схемах.

 

Хід виконання роботи

 

1. Скласти схему згідно з рис.1. Необхідно слідкувати за правильним підключенням полюсів  . В точку А всі джерела повинні бути підключені однойменними полюсами.

2. Перемикачем П включити у вимірювальну схему елемент з невідомою е.р.с.  . Встановити повзунок реостата   в середнє положення, встановити   на 20-30 кОм. Вмикаючи ключ  , а потім на короткий проміжок часу – ключ  , досягти пересуванням повзунка реохорда відсутності струму через гальванометр. Якщо скомпенсувати струм через гальванометр не вдається, то необхідно реостатом   збільшити струм через реохорд. Цим же реостатом добитися такого положення, щоб при компенсації ковзний контакт знаходився недалеко від точки В.

3. Після грубої компенсації вивести опір   на “нуль” і добитися точної компенсації. Відрахувати по лінійці   не менше п’яти разів (кожний раз розбалансовуючи, а потім знову збалансовуючи схему).

4. Встановити   порядку 20-30 кОм і перемикачем П включити у схему нормальний елемент; не змінюючи положення повзунка реостата  , провести грубу, а потім точну компенсацію. Виміряти   не менше п’яти разів.

5. Обчислити е.р.с. невідомого елемента   за формулою (11).

6. Відносну та абсолютну похибки можна розрахувати за формулами  ,   (похибкою е.р.с. нормального елемента знехтувано).

Зразок таблиці результатів вимірювання і обчислення

 

Контрольні запитання:

 

1. Які умови існування електричного струму?

2. Чому для підтримки постійної різниці потенціалів необхідні сили неелектричної природи? Наведіть приклади дії сторонніх сил.

3. Що таке е.р.с.?

4. Чи залежить е.р.с. елемента від сили струму в колі? 

5. В чому полягає суть методу компенсації?

6. Сформулюйте закони Кірхгофа.

7. Чи можна проводити вимірювання, якщо е.р.с.   або  ?

8. Вивести робочу формулу.

 

 

Вивчення залежності опору металів від температури

Мета роботи: 1) визначити опір провідника першого роду при різних температурах; 2) побудувати графік залежності R=R(t); 3) визначити температурний коефіцієнт опору металу.

Лабораторне обладнання: універсальний міст типу МВУ-49, досліджуваний провідник, термостат.

 

Загальні теоретичні відомості

 

До провідників першого роду відносяться метали і сплави. Носіями електрики в них є вільні електрони. Вільні електрони приймають участь у тепловому хаотичному русі. Якщо до певної ділянки провідника першого роду прикладена різниця потенціалів, то на хаотичний рух електронів накладається