Порядок выполнения работы. 1. Изучите электроизмерительные приборы, используемые в этой работе

1. Изучите электроизмерительные приборы, используемые в этой работе. Данные о них занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

2. Для определения сопротивления миллиамперметра соберите цепь по схеме рис. 24.2.

3. Замкните ключ К₁. При помощи магазина сопротивлений М и ползунка Д добейтесь такого режима в цепи, чтобы при замыкании ключа К₂ ток через гальванометр обращался в ноль. Погрешность в определении сопротивления миллиамперметра будет наименьшей, когда ₁ = ₂. Поэтому, поставив ползунок Д посередине реостата АС, необходимо добиться равенства нулю тока в гальванометре подбором сопротивления R_м на магазине М. Найдите R по формуле (9).

4. По заданному преподавателем значению к рассчитайте сопротивление шунта R_ш для миллиамперметра по формуле (3).

5. По формуле (4) рассчитайте длину проволоки для изготовления шунта; площадь сечения проволоки S и ее удельное сопротивление известны. Результаты измерений и расчетов занесите в таблицы 2 и 3 рабочей тетради.

6. Отрежьте проволоку длиной ( + 2) см, зачистьте концы (по 1 см) и присоедините к клеммам миллиамперметра.

7. Проградуируйте миллиамперметр. Для этого необходимо собрать цепь по схеме рис.24.3, где А_эт – эталонный амперметр, mA – миллиамперметр, параллельно которому присоединен шунт R_ш, r – реостат, К – ключ, – источник постоянного тока.

Рис. 24.3

8. Замкните ключ К и при помощи реостата r плавно меняйте ток в цепи, замеряя при этом значения тока в амперах по эталонному амперметру и соответствующие им показания миллиамперметра в делениях шкалы. Снимите таким образом пять – семь показаний и результаты этих измерений занесите в таблицу 4 рабочей тетради.

9. По данным таблицы постройте график, на котором по оси абсцисс отложите I_mA, а по оси ординат I_эт (рис. 24.4).

Взяв на этом графике любую точку А, определите цену деления зашунтированного прибора по формуле

(10)

Рис. 24.4

10. Зная число делений шкалы миллиамперметра n, найдите I_max.эксп – предел шкалы зашунтированного прибора

(11)

11. Найдите к _эксп, т.е. во сколько раз предел шкалы зашунтированного прибора больше предела измерения самого миллиамперметра, по формуле

(12)

Сравните со значением к, заданным преподавателем.

12. Найдите ошибку по формуле

(13)

13. Результаты расчетов занесите в таблицу 5.

14. Сделайте выводы по результатам работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №26
Измерение емкостей методом мостиковой схемы и расчет емкостных сопротивлений в цепях переменного тока

Емкость конденсатора равна отношению заряда одной из обкладок к разности потенциалов между ними.

(1)

Емкость является характеристикой конденсатора, зависящей от его формы, размеров и диэлектрической проницаемости среды.

Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, создает емкостное сопротивление , (2)
где - циклическая частота: .

Основным методом измерения емкостей является метод мостиковой схемы (рис.26.1)

Схема (рис. 26.1) состоит из четырех сопротивлений: R₁ и R₂ – сопротивления двух участков реостата, Z и Z₀ емкостные сопротивления. Между точками С и Д включен измерительный прибор. По реостату перемещается подвижный контакт Д, делящий его на две части длиной l₁ и l₂ .

Передвижением движка реостата добиваются равенства потенциалов в точках С и Д, то есть отсутствия тока в ветви СД (в этом случае измерительный прибор покажет нулевое значение).

При этом через сопротивления Z и Z₀ будет идти один и тот же ток I₁, а через сопротивления R₁ и R₂ один и тот же ток I_2. Кроме того, равны падения напряжения на участках АС и АД и на участках ВС и ВД. Поэтому можно записать:

Заменяя напряжения по закону Ома, получаем:

(5)

(6)

Разделив (5) на (6), находим: и (7)

Уравнение (7) является условием равновесия моста переменного тока.

Сопротивления плеч реостата R₁ и R₂ пропорциональны длинам плеч l₁ и l₂. Равенство (7) можно записать в виде:

(8)

Измеряя l₁ и l₂ при заданном сопротивлении Z_0, можно определить сопротивление Z.

В лабораторной работе в плечах Z₀ и Z будут находиться ёмкости С₀ и С_х. Тогда, подставив в формулу (8) и , получим . (9)

Порядок выполнения работы

Задание 1
Измерение неизвестных емкостей мостиковой схемой

1. Соберите цепь по схеме рис. 26.1, в плечо ВС (на место Z₀) подключите конденсатор известной емкости С₀(эталонная емкость устанавливается на магазине ёмкостей), а в плечо АС (на место Z) подключите конденсатор С_х1, ёмкость которого надо измерить.

2. Передвижением движка реостата Д добейтесь минимального показания измерительного прибора и измерьте длину плеч.

3. Замените конденсатор С_х1 на С_х2 и повторите измерения, указанные в пункте 2.

4. Повторите измерения, указанные в пункте 2, для последовательно и параллельно соединенных С_х1 и С_х2.

5. Все измерения занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

6. По формуле (9) рассчитайте С_х1, С_х2, С_посл, С_парал.

7. Результаты расчетов занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

Задание 2
Проверка законов последовательного и параллельного соединений конденсаторов

1. По формулам (3) рассчитайте ёмкости С_посл, С_парал.

2. Рассчитайте относительную погрешность измерений . Результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

Задание 3
Проверка законов последовательного и параллельного соединений сопротивлений в цепях переменного тока

1. По формуле (2) рассчитайте значения Z₁, Z₂, Z_посл, Z_парал, подставляя соответствующие значения ёмкостей.

2. По формулам (4) рассчитайте теоретические значения сопротивлений для параллельного и последовательного соединения.

3. Рассчитайте относительную погрешность измерений . Результаты занесите в таблицу 4 рабочей тетради.

4. Сделайте выводы по результатам работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №27
Изучение резонанса напряжений и определение индуктивности методом резонанса

В данной лабораторной работе исследуются вынужденные электрические колебания в резонансном контуре, состоящем из включенных последовательно катушки индуктивности L, конденсатора емкости C, активного сопротивления R (рис.27.1).

Рис.27.1

Если в контуре электродвижущая сила

,
то ток в контуре меняется по закону:

Амплитудные значения тока и ЭДС связаны соотношением

, (1)

где – сопротивление цепи, содержащей последовательно соединенные R,L,C.

(2)

Сдвиг фаз между током и ЭДС выражается формулой

. (3)

Если в данном контуре

, (4)

то сопротивление Z будет наименьшим, а ток в цепи максимальным. Это явление называется резонансом напряжений.

Из формулы (4) резонансная частота

. (5)

Сдвиг фаз между током и напряжением в условии резонанса напряжений равен 0.

Кривую зависимости амплитуды тока от частоты внешней ЭДС называют резонансной кривой.

На рис.27.2 представлены резонансные кривые при различных активных сопротивлениях контура.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме (рис.27.1)

2. Включите установку в сеть с напряжением 220В.

3. Установите движок реостата в любом положении.

4. Изменяя емкость С, снимите зависимость силы тока в цепи от емкости.

5. Аналогичные измерения проведите для 2-х других значений R (при 2-х других положениях движка реостата).

6. Данные результатов измерений занесите в рабочую тетрадь в таблицу 1.

7. По результатам измерений постройте семейство кривых зависимости силы тока I от емкости С при постоянных , , .

8. По графику (рис.27.3) найдите емкость С₀, при которой наступает резонанс напряжений.

9. Вычислите индуктивность катушки, используя формулу (4):

, где (6)

10. Сделайте выводы по результатам работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №28
Определение индуктивности катушки и магнитной проницаемости ферромагнитного тела