Визначення внутрішнього опору і перевідних коефіцієнтів стрілочного гальванометра

 

Мета роботи: Ознайомитись з одним з методів вимірювання внутрішнього опору гальванометра та обчислення перевідних коефіцієнтів гальванометра до струму і до напруги.

Прилади і матеріали: 1) стрілочний гальванометр магнітоелектричної системи, 2) два магазини опорів на 9999 Ом, 3) джерело постійного струму, 4) два вимикачі, 5) з'єднувальні провідники.

 

Короткі теоретичні відомості

Гальванометри – це високочутливі індикатори або вимірювальні прилади, стрілки яких відхиляються на повну шкалу при проходженні через них струмів величиною порядку 10^-4~10^-8 А. Тому при вимірюванні їх опорів треба враховувати їх велику чутливість; струм у кілька міліампер може зіпсувати гальванометр.

Всі гальванометри великої чутливості магнітоелектричної системи побудовані на принципі взаємодії між магнітним полем струму і магнітним полем постійного магніту.

У гальванометрах з чутливістю І0^–8 А/мм і більшою доводиться відмовлятись від використання стрілки для відрахунків величини струму, в зв'язку з тим, що стрілка має велику інерцію, і при її русі виникає значне тертя. Тому в дуже чутливих гальванометрах рухому частину (рамку) підвішують на тонкій дротинці з прикріпленим до неї дзеркальцем для відліку кута повороту рухомої системи.

Якщо гальванометр служить тільки для визначення наявності струму (наприклад у містку Уітстона), то його правильно назвати гальваноскопом. Якщо ж він має шкалу і може служити для вимірювання струму, його називають гальванометром.

Для вимірювання величини струму в амперах необхідно знати ціну однієї поділки шкали гальванометра, виражену в амперах, тобто його перевідний коефіцієнт К_а. Інколи величину К_а неправильно називають “чутливістю” гальванометра. Чутливість гальванометра визначається числом поділок шкали, на які відхилиться стрілка гальванометра при проходженні струму в 1 А.

Знаючи внутрішній опір гальванометра і перевідний коефіцієнт К_а, можна визначити ціну однієї поділки його шкали (перевідний коефіцієнт К_В) в вольтах, виходячи з закону Ома:

(1)

Внутрішній опір гальванометра необхідно знати також для обрахунку шунтів або додаткових опорів.

Для визначення внутрішнього опору гальванометра існує декілька методів. Одним з методів є метод шунта, який дає хороші результати, коли відхилення стрілки гальванометра пропорційне величині струму. В цьому випадку перевідний коефіцієнт К_а – величина постійна. Складемо електричне коло за схемою рис. 1.

При замиканні вимикача К₁ колом піде струм І ₁,. Якщо знехтувати опорами підвідних провідників і внутрішнім опором джерела, то

, (2)

де – ЕРС джерела, – внутрішній опір гальванометра, R₁ – опір магазина. Вводячи перевідний коефіцієнт К_а одержимо:

, (3)

де – кількість поділок, на які відхилилася стрілка гальванометра.

У цьому рівнянні два невідомих ( і ), тому необхідно скласти ще одне рівняння з цими невідомими. Таке рівняння можна одержати, якщо змінити режим кола шляхом увімкнення паралельно гальванометру шунта , який має відомий опір (рис.2). Нехай у цьому випадку величина струму в колі магазина буде , а відхилення стрілки гальванометра – поділок шкали. Тоді

або (4)

Для розгалуженого кола маємо

, (5)

а також

(6)

(7)

Отже:

(8)

Розв'язуючи (3) і (8) відносно і знайдемо:

(9)

і . (10)

Якщо є можливість підібрати опори і таким чином, що = , то формула (10) спроститься:

(11)

 

Хід роботи

1. Ознайомитись з приладами і підготувати таблицю для запису результатів спостережень. Скласти електричне коло за схемою рис. 3.

2. Встановити за допомогою коректора стрілку гальванометра на "0" і виставити на магазині R найбільший опір.

3. Замкнувши вимикач К₁, підібрати такий опір магазина R ₁, при якому стрілка гальванометра відхилиться на 2/3 шкали. Зробити відлік відхилення стрілки n ₁ і записати опір магазина R ₁. Дослід проробити не менше трьох разів.

4. Встановити на магазині R _ш опір 10- 20 Ом і замкнути вимикач К₂.

5. Підібрати на магазині R такий опір R ₂, щоб відхилення стрілки гальванометра також було ~ 2/3 його шкали. Виконати відлік відхилення стрілки n₂ і записати значення R ₂.

6. Не змінюючи опір шунта R _ш дослід повторити не менше трьох разів, результати занести до таблиці.

7. Електрорушійну силу акумулятора визначити за допомогою вольтметра з великим внутрішнім опором. Всі результати вимірювань занести до таблиці.

8. Для обчислення значень величин та їх похибок скласти таблицю самостійно.

9. Знайти середнє значення внутрішнього опору гальванометра ; середні значення всіх вихідних величин, знайти похибки і записати кінцевий результат.

10. Використовуючи вихідні дані, обчислити середні значення перевідних коефіцієнтів К_а і К_в.

Похибки К_а і знаходять за формулами:

а) ; ;

б) ; .

Контрольні запитання

1. Який вимірювальний прилад називають гальванометром? Які види гальванометрів Вам відомі?

2. Яка будова досліджуваного гальванометра?

3. Що називають чутливістю гальванометра?

4. Що розуміють під внутрішнім опором гальванометра?

5. Що розуміють під перевідним коефіцієнтом гальванометра, вимірюваним в Амперах?

6. Що розуміють під перевідним коефіцієнтом гальванометра, вимірюваним у Вольтах?

7. Запишіть закон Ома для однорідної ділянки кола; для неоднорідної ділянки кола.

8. Запишіть закон Ома для повного кола.

9. Запишіть формули для розрахунку опору послідовного та паралельного з'єднання двох провідників.

10. Сформулюйте правила Кірхгофа.

11. Якою є будова і призначення шунта?

12. Якою є будова і призначення додаткового опору?

13. Чому перед замиканням кола, що містить гальванометр і додатковий опір, реалізований як магазин опорів, встановлюють на останньому максимальний опір?

14. У чому полягає суть методу шунта для визначення внутрішнього опору та перевідних коефіцієнтів гальванометра?

15. Виведіть формули для обрахунку похибок.

Лабораторна робота №3