Правила пользования многопредельными приборами

1. Вычисляют переводные коэффициенты для всех диапазонов. К_a1, К_a2, … К_an

2. Во избежание порчи прибора включают его в максимальном диапазоне a_n.

3. Определяют грубо измеряемую величину, умножив отсчет по прибору на переводной коэффициент К_an. После этого переходят на тот диапазон, верхний предел которого ближе всего к значению измеряемой величины, но в то же время большее ее. Определяют точное значение измеряемой величины, умножив отсчет на соответствующий переводной коэффициент.

4. Если измеряемая величина увеличивается, то измерения продолжают до тех пор, пока стрелка ре подойдет к концу шкалы, а затем переходят на следующий (болошии) диапазон,

5. В случае уменьшения величины измерения продолжают до тех пор, пока измеряемая величина не достигнет верхнего продела следующего меньшего диапазона, после чего пере ходят на этот диапазон.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ СИСТЕМ

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Система прибора	Условное обозначение
1. Магнитоэлектрическая
2. Электромагнитная
3. Электродинамическая
4. Ферродинамическая
5. Термоэлектрическая
6. Индукционная
7. Детекторная
8. Электронная
9. Электростатическая
10.Вибрационная
11.Фотоэлектрическая

УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

№ п/п	Наименование	Обозначение
1.	Линия электрической связи. Провод, кабель.
2.	Линия экранирования.
3.	Заземление.
4.	Корпус /машины, аппарата, прибора/
5.	Излом линии электрической связи.
6.	Резистор постоянный.
7.	Резистор переменный в реостатном включении
8.	Потенциометр
9.	Конденсатор постоянной емкости.
10.	Конденсатор переменной емкости.
11.	Гальванометр.
12.	Диод полупроводниковый.
13.	Фоторезистор.
14.	Диод прямого накала.
15.	Диод косвенного накала.
16.	Триод.
17.	Антенна.
18.	Электромагнит.
19.	Обмотка трансформатора, дросселя.
20.	Катушка индуктивности, дроссель без сердечника.
21.	Элемент гальванический или аккумуляторный.
22.	Ток постоянный.
23.	Ток переменный.
24.	Ток постоянный и переменный.
25.	Осциллограф.
26.	Полярность отрицательная.
27.	Полярность положительная.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ С ПОМОЩЬЮ МОСТА УИТСТОНА

Цель работы: изучение принципа работы и устройства измерительного моста постоянного тока (моста Уитстона). Ознакомление с методами измерения сопротивления проводников.

Приборы и принадлежности: реохорд, стрелочный “нулевой” гальванометр, магазин сопротивлений, ключ, источник постоянного тока, два неизвестных сопротивления (электрические сопротивления или катушки), соединительные провода.

Введение

С помощью моста постоянного тока можно довольно точно определять сопротивление проводников. Теория моста переменного тока основывается на законе разветвления тока.

Пусть у нас есть четыре сопротивления R₁, R₂, R₃, R₄, соединенные так, как указано на рисунке 2.1 , где G — гальванометр, а Е — аккумулятор. Ток, идущий от аккумулятора Е, разветвляется между точками А и В на две ветви АСВ и АDB (токи I₁ и I₂).

Рисунок 1

Обозначим U₁ и U₂ потенциалы в точках А и В. При этом U₁ > U₂ по мере удаления от точки Е в каждой из этих ветвей потенциал постепенно уменьшается от значения U₁ (в точке А ) до значения U₂ (в точке В). Поэтому всегда можно найти на этих ветвях две точки, например C и D, потенциалы которых будут одинаковы (обозначим эти потенциалы U, очевидно, что U₁ > U > U₂ ).

Гальванометр, включенный между этими точками, не покажет тока. Этот гальванометр с проводами, которые соединяют его с точками C и D, при отсутствии тока и есть мост между точками одинакового потенциала.

Обозначим сопротивление ветвей AC, CB, AD и DB соответственно через R₁, R₂, R₃, R₄ и силу тока в ветви ACB через I₁, а в ветви ADB через I₂, Тогда на основании закона Ома можно написать такие равенства:

1) Для ветви ACB

U₁ —U = I₁R₁ (1)

U — U₂ = I₁R₁. (2)

2) Для ветви ADB

U₁ —U = I₂R₃, (3)

U — U₂ = I₂R₄. (4)

Заметим, что слева в этих равенствах стоит разность потенциалов, т.е. напряжение между соответствующими точками цепи. Сравнивая равенства (1) и (4), видим, что левые части их равны, значит, равны и правые части. Поэтому получим:

I₁R₁ = I₂R₃, (5)

Аналогично, сравнивая (2) и (4), получим:

I₁R₁ = I₂R₃, (6)

Разделив почленно (5) на (6), получим:

(I₁R₁ / I₁R₂ ) = (I₂R₃ / I₂R₄)

И, сократив, получим

(R₁ / R₂ ) = (R₃ / R₄), (7)

Как мы видим, соотношение между двумя сопротивлениями должно выполняться, если в цепи гальванометра отсутствует ток (потенциалы точек C и D равны между собой). Если из этих четырех сопротивлений неизвестно одно, например R₁ , а все остальные известны, то R₁ легко находится из формулы (7)

R₁ = (R₃ / R₄)• R₂ (8)

Для упрощения определения сопротивления R₁ обычно вместо сопротивлений R₃ и R₄ берут одну однородную проволоку одинакового диаметра, по которой скользит движок D реохорда. Тогда сопротивление участка цепи AD будет R₃ = r (l₁ / S), участка DB будет R₄ = r (l₁ / S) и соотношение сопротивлений R₃ / R₄ можно заменить соотношением их длин. Действительно,

R₃ / R₄ = (r l₁ / S) / (r l₂ / S),

R₃ / R₄ = l₁ / l₂, (9)

Подставив (9) в (8), получим:

R₁ = R₂ (l₁ / l₂) (10)

Таким образом, для определения сопротивления R₁ надо знать сопротивление R₂ и длины l₁ и l₁ , которые берутся по реохорду (l₁ — расстояние от одного конца реохорда до движка D, а l₂ — расстояние от движка до другого конца реохорда). Движок D устанавливается так, чтобы гальванометр не показывал тока. Реохорд представляет собой линейку, разделенную на 50 делений, вдоль которой натянута проволока со скользящим ползунком. Поэтому l₁ и l₂ легко отсчитать по линейке.

Если обозначим неизвестное сопротивление R₁ через R_х , а известное сопротивление R₂ через R_м (которое отсчитывают по магазину сопротивлений), то расчетная формула (10) будет иметь вид

R_х = R_м (l₁ / l₂). (11)

Рабочая схема показана на рисунке 2. По ней надо собирать электрическую цепь для работы. Здесь АВ — реохорд; R_м — магазин сопротивлений; R_х — электрическое сопротивление (указывается преподавателем).

Примечание:

1) Не замыкать ключ К без проверки собранной цепи преподавателем !

2) Как показывает теория, точно можно определить неизвестное сопротивление тогда, когда ползунок реохорда D при отсутствии тока находится близко к середине реохорда. А это значит, что нужно подобрать R_м близким по значению к R_х

Рисунок 2

Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь согласно схеме, показанной на рисунке 2.

2. Установить движок на середине реохорда и включить наименьшее сопротивление магазина. Замкнув на очень короткий промежуток времени цепь, определить, в какую сторону и насколько отклоняется стрелка гальванометра. После этого увеличить немного сопротивление магазина и замкнуть цепь. Если гальванометр отклоняется в ту сторону, что и раньше, значит надо еще увеличить сопротивление магазина (т.е. включенное сопротивление меньше неизвестного). Если стрелка гальванометра отклоняется в противоположную сторону, то включенное сопротивление магазина уже больше неизвестного сопротивления. Так подбирать наиболее подходящее известное сопротивление (по магазину сопротивлений), которое соответствует наименьшему отклонению стрелки гальванометра (R_м близко по своему значению к R_х ).

3. После подбора известного сопротивления передвигать движок реохорда до тех пор, пока стрелка гальванометра не покажет отсутствие тока. Записать длины плеч реохорда l₁ и l₂ и полученное значение сопротивления. Найти неизвестное сопротивление по формуле(11)

4. Затем немного увеличить сопротивление R_м и снова установить движок реохорда так, чтобы в гальванометре не было тока. Записать значения l₁ , l₂ и R_м. Вычислить R_х по формуле (11). Затем взять значение R_м немного меньше первоначального и снова найти R_х . Из полученных трех значений находят среднее значение R_хср.

5. Затем, соединяя два сопротивления последовательно и параллельно, снова проделать тот же опыт по определению общего сопротивления.

6. Проверить справедливость закона Ома для последовательного и параллельного соединения.

7. Все данные записывают в таблицу 1.

Таблица 2. 1

Эл. сопр. (катуш.)	№ п/п	Rм,, Ом	l1, см	l2, см	Rх, Ом	Rхср, Ом	DRх, Ом	DRхср, Ом	e(Rхср), Ом
	3
	3
	3
	3

Записать окончательный результат во всех четырех случаях.

В заключение работы сравнить полученные результаты при последовательном и параллельном соединениях сопротивлений с результатами, полученными теоретически.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрическое сопротивление проводника? В каких единицах оно измеряется?

2. При каких условиях (рисунок 2.1) потенциалы в точках C и D будут одинаковы?

3. Вывести условие равновесия моста, если гальванометр и источник тока поменять местами на схеме 2.1.

4. Почему применяемый в схеме гальванометр имеет двухстороннюю шкалу с нулем посередине?

5. Выведите формулу для параллельного и последовательного соединения трех сопротивлений. Чем объяснить, что при параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем общее сопротивление при их последовательном соединении.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12