Учитывая небольшую погрешность, сопротивление лампы при комнатной температуре принять за Rо.

Значение α = 0.0051 К^-1. температурного коэффициента вольфрама взято из справочной таблицы.

7. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Таблица.

№ опыта	Сопротивление нити накала при комнатной температуре Rо. Ом	напряжение на зажимах лампы U, В	Сила тока в лампе I, А	Мощность потребляемая лампой Р, Вт.	Сопротивление нити накала лампы R, Ом	Температура нити накала лампы Т, К.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

8. По полученным значениям Р и U построить график зависимости мощности, потребляемой лампой, от напряжения на ее зажимах Р(U). По оси координат откладывать мощность Р в Ваттах, а по оси абсцисс – напряжение U в Вольтах.

9. Сделать вывод.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

Рекомендуется работу проводить, пользуясь током от генератора или специального мощного выпрямителя. В этом случае использовать лампу с напряжением 36В.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Какой физический смысл напряжения на участке электрической цепи?

2. Как определить мощность тока с помощью амперметра и вольтметра?

3. Для чего используется ваттметр? Как он включается в цепь?

4. Чем спираль 100-ваттовой лампы отличается от спирали лампы в 25- ватт?

5. Какова наибольшая мощность гидростанций и атомных станций России? Европы? США?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Тема: Измерение температурного коэффициента сопротивления меди.

Цель: экспериментально определить температурный коэффициент меди.

Оборудование:

Прибор для измерения температурного коэффициента сопротивления меди,

стакан высокий. Ампервольтметр АВО-63, термометр, штатив, стакан с холодной водой, стакан с горячей водой, стакан с кусочками льда.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Температурным коэффициентом сопротивления называется физическая величина, которая определяется относительным изменением сопротивления проводника, при изменении его температуры на один градус Цельсия.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) проводника определяется соотношением:

(1)

где Ro – сопротивление проводника при нуле Цельсия,

R₁ – сопротивление проводника при некоторой температуре t. Это соотношение получено из формулы выражающей зависимость сопротивления проводника от температуры: R=R_o(1+αt).

Формулу для определения ТКС можно получить и без R_о.

Для этого нужно решить систему уравнений для двух температур,

относительно α.

R₁=R_o(1+αt₁).

R₂=R_o(1+αt₂).

В результате получим формулу для определения α:

(2)

Применяемый в работе прибор состоит из катушки – на картонный каркас

намотан изолированный медный провод, концы которого выведены к зажимам, установленным на изолированной пластинке. Катушка помещена в стеклянную пробирку, которая жестко и герметично скреплена с изолирующей пластинкой. Помещая прибор в холодную и горячую воду и измеряя сопротивление катушки, можно вычислить температурный коэффициент сопротивления меди по формуле

(1) или (2).

ХОД РАБОТЫ.

1. Подготовьте таблицу, куда вы будете заносить результаты опытов и вычислений.

2. Измерьте температуру холодной воды при комнатной температуре.

3. Собрать установку.

4. Проверить работу ампервольтметра.

5. Измерьте сопротивление катушки, при комнатной температуре воды.

6. Холодную воду заменить горячей и измерить сопротивление и температуру.

7. Повторите опыт 4 раза.

8. Вычислите для каждых двух опытов температурные коэффициенты сопротивления меди по формуле (2) .

9. Найдите среднее значение этого коэффициента.

10. Вычислите абсолютную Δα и относительную погрешность измерений

ε = Δα / <α>.

11. Сравните полученный результат α с табличным α_Т = 0,0043 град^-1

12. Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу.

13. Начертите график зависимости сопротивления медной катушки от температуры

14. Сделайте вывод.

Таблица.

№ опыта	tо, С град	R Ом	α град-1	<α>	Δα	ε = Δα / <α> %.	αТ
1.							0,0043 град-1
2.
3.
4.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Что такое температурный коэффициент сопротивления?

2. В каких единицах он измеряется?

3. Как зависит сопротивление проводника от температуры?

4. Как графически можно представить эту зависимость?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема: Определение удельного сопротивления проводника.

Цель: измерить удельное сопротивление проводника и по таблице определить материал проводника.

Оборудование:устройство для определения удельного сопротивления, омметр, линейка, микрометр (или штангенциркуль), таблица удельных сопротивлений материалов.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

Сопротивление проводника:

,

откуда удельное сопротивление проводника:

Сечение проводника:

где d – диаметр проводника, а ℓ - его длина.

Расчетная формула:

ХОД РАБОТЫ.

1. Измерить длину проводника линейкой ℓ.

2. Измерить диаметр проволоки d.

3. Вычислить площадь поперечного сечения проводника S.

4. Измерить сопротивление проводника омметром R.

5. Вычислить удельное сопротивление:

6. Вычислить погрешности измерений.

Относительная погрешность:

Абсолютная погрешность: Δρ = ερ.

7. Записать ответ в виде: ρ ± Δρ.

8. Полученные результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1.

№ опыта	ℓ. м	d, м	R, Ом	ρ, нОм·м	ε. %	Δρ, нОм·м	ρ ± Δρ
1.

9. По таблице 2 определить материал проводника.

10. Сделать вывод.

Методические указания:

ΔR/R = 1% - омметр

Δd = 0,05 мм - штангенциркуль

Δℓ =1 мм - линейка

(Микрометр 0, 005 мм)

Электрическая схема.

Контрольные вопросы.

1. Что такое удельное сопротивление проводника?

2. Зависит ли удельное сопротивление проводника от его размеров?

3. От чего зависит сопротивление проводника?

ТАБЛИЦА 2. Удельное сопротивление

1. фехраль 1300 нОм·м.

2. нихром 1100 нОм·м.

3. манганин 430 нОм·м.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

Тема: Разветвленные цепи постоянного тока.

Цель: Научиться определять силу тока в разветвленной цепи. Повторить правила Кирхгофа.

Оборудование: компьютерная программа «Electronics Workbench»

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать разветвленные цепи.

Первое правило Кирхгофа:алгебраи­ческая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

Первое правило Кирхгофа вытекает из закона сохранения электрического заряда. Действительно, в случае установившегося постоянного тока ни в одной точке про­водника и ни на одном его участке не должны накапливаться электрические за­ряды. В противном случае токи не могли бы оставаться постоянными.

Второе правило Кирхгофа:в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в развет­вленной электрической цепи, алгебраиче­ская сумма произведений сил токов I_i, на сопротивления R_i соответствующих участков этого контура равна алгебраиче­ской сумме э.д.с. ξ _k, встречающихся в этом контуре:

Или I₁R₁ +I₂R₂+I₃R₃= ξ ₁+ ξ ₂+ ξ₃

Второе правило Кирхгофа получается из обобщенного закона Ома для разветвлен­ных цепей.

При расчете сложных цепей постоян­ного тока с применением правил Кирхгофа необходимо:

1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи; действитель­ное направление токов определяется при решении задачи: если искомый ток полу­чится положительным, то его направление было выбрано правильно, отрицатель­ным — его истинное направление противо­положно выбранному.

2. Выбрать направление обхода кон­тура (по часовой стрелке) и строго его придерживаться; про­изведение IR положительно, если ток на данном участке совпадает с направлением обхода, и наоборот, э.д.с., действующие по выбранному направлению обхода, счита­ются положительными, против — отрица­тельными.

3. Составить столько уравнений, что­бы их число было равно числу искомых величин (в систему уравнений должны входить все сопротивления и э.д.с. рас­сматриваемой цепи); каждый рассматри­ваемый контур должен содержать хотя бы один элемент, не содержащийся в преды­дущих контурах, иначе получатся уравне­ния, являющиеся простой комбинацией уже составленных.

Ход работы.

1. Собрать схему, дополнив ее амперметрами в каждой ветке.

2. Выставить параметры элементов цепи (см. ниже в таблице).

3. Снять показания амперметров и записать в таблицу.

4. Определить токи расчетным методом с применением правил Кирхгофа.

5. Сделать вывод о проделанной работе, сравнив результаты эксперимента и расчетов.

ТАБЛИЦА.

№ опыта	R1 Ом	R2 Ом	R3 Ом	r Ом	ε1 В	ε2 В	I1 А	I2 А	I2 А

Контрольные вопросы.

1. Сформулировать первое правило Кирхгофа.

2. Сформулировать второе правило Кирхгофа.

3. Как определить знак произведения IR на элементе разветвленной цепи?

4. Как определить знак ЭДС ε источника тока, встречающегося в разветвленной цепи?

5. Что значит, если один или несколько токов при расчете получилась с отрицательным знаком?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7.

Тема:Снятие температурной характеристики термистора.

Цель: исследовать зависимость сопротивления термистора от температуры, построить график этой зависимости.

Оборудование: термистор в стеклянной пробирке с внешними выводами и изолирующим диском; омметр; термометр; электрический чайник с водой; стакан со льдом; стакан с холодной водой; источник электропитания; соединительные провода.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

Термистор или терморезистор – это полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого обратно пропорционально зависит от температуры. При повышении температуры электрическое сопротивление термистора уменьшается, а при понижении температуры – оно возрастает.

В этой работе надо измерить электрическое сопротивление термистора при различных температурах и построить график зависимости его сопротивления от температуры. Для этого используется термистор, запаянный в стеклянную пробирку с выведенными наружу контактами термистора - выводами, смотри Рис.1. К выводам присоединяем омметр и измеряем непосредственно сопротивление термистора при различных температурах.

ХОД РАБОТЫ.

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица.

Температура t, оС
Сопротивление R, Ом

2. Соберите установку, показанную на рисунке 2. В стакан с водой и тающим льдом погрузите пробирку с термистором к контактам которого подключите омметр. В стакан поместите термометр.

3. Снимите первое показание термометра 0^оС и соответствующее показание омметра и занесите в таблицу.

4. Измерьте сопротивление термистора при температурах 10^оС, 20^оС, 30^оС, 40^оС, 50^оС, 60^оС, 70^оС, используя горячую и холодную воду.

5. Занесите в таблицу полученные показания термометра и соответствующие им показания омметра

6. По данным таблицы постройте график зависимости сопротивления термистора от температуры R(t). По оси абсцисс отложите температуру в ^оС, а по оси ординат - сопротивление термистора в Ом.

7. Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы.

1. Как зависит сопротивление термистора от температуры?

2. Во сколько раз изменилось сопротивление термистора при нагревании от 0^о С до 70^о С?

3. Одинаково ли изменяется сопротивление термистора в различных интервалах температур?

4. Как, пользуясь терморезистором, омметром и полученным графиком, измерить неизвестную температуру воды в стакане? Проделайте опыт и результат его проверьте термометром

5. Что такое термистор?

6. Как зависит сопротивление полупроводника от температуры?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.

Тема: Изучение цепей переменного тока.

Цель: проверить закон последовательного соединения активного,

индуктивного и емкостного сопротивления в цепи переменного тока, проверить закон Ома для цепи переменного тока, исследовать сдвиг фаз между силой тока и напряжением

Оборудование: компьютерная программа «Electronics Workbench»

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

1.Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных активного, индук­тивного и емкостного сопротивлений.

Сопротивление резистора 1кОм, индуктивность катушки 1мГн и емкость конденсатора 1мкФ.

Векторная диаграмма для это­го случая строится следующим образом:

Полное сопротивление це­пи

Закон Ома можно применять и для максимальных и для действую­щих значений силы тока и напряжения

Сдвиг по фазе между током и на­пряжением определя­ется:

Резонанс напряжений.Пусть цепь переменного тока состоит из последовательно соединенных сопротивлений: активного, емкостного и индуктивного которые подключены к источнику переменного тока. Амплитуда тока будет наибольшей при X_L = X_C.

Резонансная частота ω =

При резонансе сопротивление цепи резко убывает и становится чисто активным. Амплитуда силы тока будет определяться выражением: I =

Сдвига по фазе между током и напряже­нием не будет.

Если Xl = Хс > R, то Um_L = Umс > U_m . то есть:

при последовательном резонансе, напряжение на индуктивном и емкостном сопротивлениях может во много раз превышать приложенное напряжение.

ХОД РАБОТЫ.

1. Собрать схему цепи переменного тока, в соответствии с заданием.

2. Проверив схему определить неизвестные параметры.

3. Результаты измерений внести в таблицу.

4. Результаты измерений сравнить с результатами аналитических вычислений по известным формулам теории.

5. Сделать вывод о проделанной работе.

Задание.

1. В цепь переменного тока последовательно включены активное,

индуктивное и емкостное сопротивления.

2. Зная сопротивление R, индуктивность катушки L и емкость конденсатора C, рассчитать аналитически общее сопротивление (импеданс) Z.

3. Проверить правильность расчета при помощи схемы, собранной с помощью компьютерной программы «Electronics Workbench», в которой с помощью амперметра, определить ток, затем, зная напряжение убедиться, что расчет полного сопротивления выполнен верно.

4. Результаты измерений и вычислений внести в таблицу:

L, Гн	0,2	0,2	0,2	0,2
C, мкФ
Rа, Ом
U, В
Z

3. Построить график зависимости тока от напряжения.

4. Рассчитать сдвиг фаз между током и напряжением.

5. Сделать вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы.

1. Какой ток называется переменным?

2. Чему равна разность фаз между током и напряжением в цепи с чисто активным сопротивлением?

3. Чему равна разность фаз между током и напряжением в цепи с чисто индуктивным сопротивлением?

4. Чему равна разность фаз между током и напряжением в цепи с чисто индуктивным сопротивлением?

5. Что такое резонанс напряжений? Резонанс токов?

6. Какое устройство служит для возбуждения незатухающих электромагнитных колебаний?

7. Как связаны между собой длина волны и частота электромагнитных колебаний?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9.

Тема:Изучение устройства трансформатора и измерение его коэффициента трансформации.

Цель работы: изучить устройство трансформатора, определить его коэффициент трансформации. Определить КПД трансформатора и установить связь между токами и напряжениями в обмотках.

Оборудование: источник переменного напряжения, трансформатор, 2 вольтметра, 2 амперметра, реостат, соединительные провода.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

Трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.

Он состоит из замкнутого сердечника, изготовленного из специальной листовой электротехнической стали, на котором располагаются две катушки (обмотки) с разным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток называется первичной – подключается к источнику переменного напряжения, а потребители подключаются к вторичной обмотке.

Если первичную обмотку подключить к источнику переменного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой (режим холостого хода), то в первичной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток, этот поток наводит в каждом витке обмоток одинаковую э.д.с., поэтому э.д.с. индукции в каждой обмотке будет пропорциональна числу витков в этой обмотке. т.е.

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажимах U₂ будет равно наводимой в ней э.д.с. Е₂. в первичной обмотке э.д.с. Е₁ по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения U₁, практически их можно считать равными, поэтому

Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку (рабочий режим), то во вторичной обмотке возникнет ток. В этом случае соотношение токов и напряжений в обмотках имеет вид:

При работе трансформатора под нагрузкой, часть энергии расходуется на нагревание обмоток (потери в меди), сердечника (потери в стали), коэффициент полезного действия трансформатора

где Р₁ - мощность, потребляемая первичной обмоткой, а Р₂ – мощность, выделяемая во вторичной обмотке.

ХОД РАБОТЫ.

Изучение устройства трансформатора:

1.Рассмотрите устройство трансформатора. Определите первичную обмотку и вторичную (по надписям на клеммах).

2.Начертите электрическую схему трансформатора.

Измерения и вычисления:

1. Начертите таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица

№ опыта	U1 В	I1 А	Р! Вт	U2 В	I2 А	Р2Вт	K	η %

2. Подключите первичную обмотку к источнику переменного напряжения.

3. Измерьте напряжение на первичной обмотке U₁ и запишите в таблицу.

4. Измерьте напряжение на вторичной обмотке U₂ при холостом ходе.

5.Вычислите коэффициент трансформации К и результат запишите в таблицу.

6. Отключите цепь и к зажимам вторичной обмотке подключите нагрузку – полностью введенный реостат.

7. Измерьте напряжения и токи в обмотках.

8. Вычислите потребляемую мощность Р₁ и полезную мощность Р₂ и вычислите КПД трансформатора.

9. Опыт повторите еще три раза, меняя с помощью реостата сопротивление нагрузки так, чтобы напряжение вторичной обмотки каждый раз изменялось, примерно на 5 В. В каждом опыте снова измерьте напряжения и токи в обмотках, вычислите мощности в обмотках и КПД трансформатора.

10. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

11. По полученным данным постройте график зависимости КПД трансформатора от полезной мощности.

12. Сделайте вывод о проделанной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Какой трансформатор называют повышающим, а какой понижающим?

2. Изменяет ли трансформатор частоту преобразуемого переменного тока?

3. Почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин электротехнической стали?

4. Почему мощность, потребляемая от вторичной обмотки, меньше мощности, подводимой к первичной обмотке?

5. Почему для определения коэффициента трансформации напряжения на обмотках измеряют при разомкнутой вторичной обмотки?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10.

Тема: Определение индуктивного сопротивления катушки.

Цель: Определить индуктивное сопротивление катушки экспериментально, с помощью компьютерной программы «Electronics Workbench».

Оборудование: компьютерной программы «Electronics Workbench».

ТЕОРИЯ.

Проволочная катушка, включенная в цепь переменного тока, кроме активного сопротивления R, определяемого материалом, размерами и температурой проволоки, создает дополнительное сопротивление Х_L, называемое индуктивным. Величина этого сопротивления пропорциональна индуктивности L и циклической частоте переменного тока ω, то есть

Х_L = ωL.

При этом полное сопротивление катушки переменному току Z определяется по формуле:

Z = √R² + Х_L² .

Таким образом, из этих двух уравнений можно найти индуктивное сопротивление катушки двумя способами, если учесть, что ω =2πν:

Х_L = √ Z² - R² (1)

Х_L = 2πνL. (2)

Следовательно, чтобы определить индуктивное сопротивление катушки, необходимо знать частоту переменного тока, полное и активное сопротивление катушки и ее индуктивность. Активное сопротивление и индуктивность катушки подбираем сами. Полное сопротивление находим, пользуясь законом Ома для цепи переменного тока:

Z =U/I. (3)

Частота переменного тока ν =50Гц, равна частоте сети переменного тока.

ХОД РАБОТЫ.

1. Для выполнения работы, нам понадобится схема:

Рис.1..

В компьютерной программе «Electronics Workbench». эта схема выглядит так:

Рис. 2.

2. Соберите электрическую схему (см. Рис.2).

3. Выберите индуктивность катушки порядка 10 -100мГн.

4. Выберите ее активное сопротивление порядка нескольких Ом.

5. Подберите режим работы вольтметра и амперметра, соответствующий режиму переменного тока (см. Рис3). Для этого в схеме кликните левой кнопкой мышки на вольтметре (амперметре) два раза и выберите режим переменного тока то есть Mоde: АС

Рис.3.

6. Теперь мы будем измерять ток, идущий через катушку, при разных напряжениях переменного тока. Для этого мы будем менять напряжение источника. Чтобы изменить напряжение источника, надо два раза кликнуть левой кнопкой мышки на источнике в схеме. Появится окошко см. рис. 4. Не забудьте выставить частоту тока 50 Гц.

Рис.4.

Последовательно меняем напряжение от 25В до 5В шагом в 5В.

Внимание! Не забудьте включать схему в верхнем правом углу окна, после любого ее изменения!

При каждом новом значении напряжения фиксируем показание амперметра и вольтметра. Записать полученные значения напряжения и тока в таблицу.

7. Определите полное сопротивление цепи по формуле (3) для каждого из измеренных параметров и убедитесь в том, что полное сопротивление не зависит от напряжения. Не забудьте перевести mА в систему СИ!

8. По первой формуле (1) вычислите индуктивное сопротивление катушки катушки Х_L.

9. Вычислите индуктивное сопротивление катушки Х_L, по второй формуле (2).

Х_L =2πνL

Внесите полученные результаты в таблицу.

10. Сделайте вывод о проделанной работе.

Таблица.

R, Ом
L, Гн
U, В
I, А
Z, Ом
ХL , Ом
ХL1, Ом

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Почему, для постоянного тока, катушка имеет малое сопротивление, а для переменного – большое?

2. Почему индуктивное сопротивление катушки возрастает при внесении в нее сердечника?

3. Почему при размыкании цепи с индуктивностью в месте размыкания возникает дуга?

4. Как изменится индуктивное сопротивление катушки, если увеличится частота переменного тока?

5. От чего зависит индуктивность проводника?