Указания по выполнению работы

Задание    1.  Определение       сопротивлений     резисторов    методом

Амперметра – вольтметра

После получения допуска к работе обозначьте на схеме рис. 5.3а зажим «-» каждого из приборов. Соберите цепь, включив в нее в качестве R один из неизвестных резисторов. При сборке можно использовать любой из двух предложенных выпрямителей.

Рекомендуется 1-м шагом собрать цепь без вольтметра, а 2-м шагом подключить вольтметр параллельно резистору.

Установите при помощи переключателей рода работ приборов (с учетом положения переключателя «множитель шкалы») пределы измерений, близкие к 1А для амперметра и 12В для вольтметра.

Установите движок реостата в среднее положение.

Пригласите инженера или преподавателя для проверки правильности собранной цепи.

После проверки, включите источник питания.

Оцените, на какую часть шкалы отклонилась стрелка вольтметра. Для повышения точности измерений нужно, чтобы она при измерениях устанавливалась в правой части шкалы как можно ближе к концу. Если это не выполняется, выключите выпрямитель, установите другой предел измерений вольтметра. Вновь включите выпрямитель и проверьте выполнение этого условия.

При необходимости аналогичным образом установите нужный предел измерений миллиамперметра.

Проведите отсчет показаний приборов. Для повышения точности отсчѐта приборы снабжены зеркальной шкалой. Отсчѐт нужно проводить, располагая глаза так, чтобы стрелка «совпадала» с еѐ отражением.

Запишите в таблицу 1 показания приборов в единицах шкалы.

Сдвиньте движок реостата на 4-5см в любую сторону и повторите измерения с записью показаний приборов во вторую строчку таблицы 1.

Сдвиньте движок реостата на 4-5см в другую сторону относительно его первоначального положения и снова повторите измерения с записью в третью строку таблицы 1.

Отключите правый по схеме вывод вольтметра (точка Б на рис. 5.3б). Запишите в тетради показания амперметра как I ₀. Сравните его с результатом последнего из предыдущих измерений, используя символы «меньше, больше, равно», оценив тем самым влияние подключения вольтметра на силу тока в цепи.

Выключите источник.

Выпишите значение используемого предела измерений вольтметра U _макс в Вольтах и единицах шкалы. Рассчитайте цену единицы шкалы вольтметра. Выразите показания вольтметра в Вольтах с записью в таблицу 1.

Аналогичным образом пересчитайте показания миллиамперметра.

Определите и запишите как I _табл ток полного отклонения вольтметра, соответствующий установленному пределу измерений. Для прибора М2017 он указан в нижней части шкалы. Для прибора М2018 - в нижней строке таблицы на шкале напротив используемого при измерениях положения переключателя множителя шкалы.

Рассчитайте сопротивление вольтметра R _V, как U _макс / I _табл. Рассчитайте сопротивление R _кр для каждого измерения и его среднее значение.

Перейдите ко второй схеме измерений. Для этого подключите свободный вывод вольтметра к точке А (рис. 5.3б) и замените красный резистор на зеленый.

После проверки схемы лаборантом или преподавателем, проведите необходимые измерения.

Отключите левый по схеме вывод вольтметра. Запишите в тетради показания амперметра как I ₀. Сравните его с результатом последнего из предыдущих измерений, используя символы «меньше, больше, равно», оценив тем самым влияние подключения вольтметра на силу тока в цепи для этого случая.

Выключите выпрямитель.

Определите сопротивление миллиамперметра. Для этого на шкале приборов М2020 и М2015 найдите таблицу, в верхней строке которой указаны значения силы тока. Затем найдите в этой строке значение используемого предела измерений I _макс и выпишите как U _табл значение падения напряжения на приборе, указанное в соответствующем столбце таблицы. Рассчитайте и запишите в тетради значение R _А.

Рассчитайте величину R _зел и ∆ R _зел с записью результатов в таблицу 2. По указанию преподавателя проверьте правильность полученных результатов, измерив сопротивление резисторов при помощи мультиметра.

 

Задание 2. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника

Включите в цепь вместо R _зел один из «больших» остеклованных резисторов. В этом и следующем задании эти резисторы будут играть роль внутренних сопротивлений источников тока – r. Подключите вольтметр к точкам «А» и «Г» схемы 5.3. Обратите внимание на то, что в этом случае зажим «-» прибора должен быть подключен к точке «Г».

После проверки цепи инженером или преподавателем, включите выпрямитель и запишите показания приборов в единицах шкалы.

Измените произвольным образом положение движка реостата П и повторите измерения и запишите показания во второй строке таблицы 3.

Выключите выпрямитель.

Проведите аналогичные измерения для второго выпрямителя в сочетании с другим остеклованным резистором r ₂.

Выключите выпрямитель и отключите от него вольтметр и реостат П.

Вычислите значения ЭДС и r для каждого выпрямителя и запишите их в таблицу 3.

По указанию преподавателя проверьте правильность полученных результатов, измерив напряжения на выходах выпрямителей и сопротивления остеклованных резисторов при помощи мультиметра.

 

Задание 3. Измерения и расчет неоднородной цепи

Рассчитайте ожидаемое значение силы тока в цепи I _теор.

Соберите цепь по рис. 5.4. Для этого соедините последовательно источник c более высоким значением ЭДС, «его» резистор r ₁ и резистор R _КР, как R ₁. Затем подключите к ним второй источник со «своим» резистором r ₂ и R _ЗЕЛ, как R ₂. После этого подключите микроамперметр и ключ. Вольтметр при этом подключать не нужно, та как он используется только при проведении следующей серии измерений.

После проверки собранной цепи включите оба выпрямителя, замкните ключ, измерьте силу тока в цепи и сравните с теоретическим значением.

Выключите выпрямители и исключите из цепи амперметр.

Включите оба выпрямителя и замкните ключ. Подключая вольтмет поочередно к соответствующим участкам цепи, проведите серию измерений дл замкнутой цепи (U _замкн) с записью результатов в таблицу 4.

Разомкните ключ. Проведите измерение напряжения между точками 1,4 и 1,7. Запишите их как U _{разомкн}(1-4) и U _{разомкн}(1-7), после чего выключите оба выпрямителя.

 

Задание 4. Построение потенциальных диаграмм

Рассчитайте и запишите в правый столбец таблицы 4 значения суммы сопротивлений между соответствующими точками цепи.

Потенциальная диаграмма - это график, по горизонтальной оси которого откладываются значения сопротивления цепи, измеренные относительно некоторой исходной точки, а по вертикальной оси - значения напряжения в соответствующем месте цепи относительно той же исходной точки. В нашем случае это точка 1 (см. рис. 5.4).

Нанесите на миллиметровку оси координат. На каждой оси выберите масштаб и проведите разметку осей. Нанесите на оси сопротивлений соответствующих участков цепи и пронумеруйте точки, соответствующие точкам измерений. При этом между точками 1 и 2 сопротивление принимается

равным нулю, так как реальное внутреннее сопротивление источника ε ₁ много меньше сопротивления резисторов в цепи. Это же относится и к точкам 4, 5.

Нанесите на график значения напряжения на каждом из измеренных участков с учетом знака напряжения. Соедините полученные точки прямыми линиями.

Потенциальная диаграмма в точках 1,2 и 4,5 должна представлять собой
вертикальную    линию,  длина  которой    соответствует    величине   ЭДС

соответствующего источника. Отрезки диаграммы между точками 2, 4 и 5, 7 должны быть параллельны друг другу, так как тангенс угла наклона равен Δ U /Δ R, то есть силе тока, которая в неразветвленной цепи одинакова в разных сечениях этой цепи. Их наклон наглядно показывает, почему изменение напряжения на участках цепи называют «падением напряжения». После обхода всей цепи потенциал обращается в ноль.

Постройте на этом же графике теоретическую потенциальную диаграмму для разомкнутом цепи. Убедитесь в том, что на концах разомкнутой цепи разность потенциалов равна алгебраической сумме всех входящих в нее ЭДС.

В этом состоит потенциальная опасность электрического оборудования, постоянно подключенного к электрической сети. Ведь даже если оно в данный момент не работает, то на его элементах может быть напряжение. Именно поэтому в «Правилах техники безопасности» такое оборудование продолжают называть действующим.

После выполнения работы разберите собранную электрическую цепь и наведите порядок на рабочем месте.