Описание экспериментальной установки. В работе реализуют три метода измерения сопротивления проводника:
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Методы измерений
В работе реализуют три метода измерения сопротивления проводника:
1) технический метод – по измеренным значениям тока и напряжения;
2) с использованием омметра;
3) с помощью моста Уитстона.
Технический метод можно осуществить по схеме рис. 5. При этом точно измеряется ток I через сопротивление R и суммарное напряжение
.
Это позволяет рассчитать неизвестное сопротивление R, если известно сопротивление амперметра :
. (25)
Использование омметра является наиболее простым методом: достаточно подключить измеряемое сопротивление к входам омметра.
Рис. 5. Электрическая схема:
1 – регулируемый источник постоянного напряжения «0…+15 В»;
2 – мультиметр (режим , входы
COM, );
3 – мультиметр (режим , входы
COM, mA);
4 – миниблок «Сопротивление проводника» с сопротивлением R
В основе работы омметров обычно лежит приближенный технический метод: шкалу прибора градуируют с использованием формулы (25) при фиксированном напряжении U батареи элементов. Этот метод используют, когда не нужна высокая точность измерений.
Наиболее точным является метод измерений с помощью моста постоянного тока. Измерительные мосты – это высокоточные приборы, предназначенные для измерения электрических сопротивлений, емкостей, индуктивностей и других параметров методом уравновешенных мостовых цепей. На рис. 6 приведена схема простейшего моста Уитстона, который используется для измерения величин сопротивлений.
Рис. 6. Электрическая схема простейшего моста Уитстона:
1 – магазин сопротивлений с сопротивлением ; 2 – миниблок «Сопротивление проводника» с сопротивлением R; 3 – мультиметр (режим , входы COM, mA); 4 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 5 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 6 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 7 – источник стабилизированного постоянного напряжения «+15 В»
Подбирая значение сопротивления , добиваются равенства потенциалов точек и , при этом ток , текущий через амперметр, обращается в нуль. В таком уравновешенном состоянии для моста можно записать:
.
Используя эти соотношения, получаем расчетную формулу
. (26)
Для ограничения тока, протекающего через мост, используют ограничительное сопротивление .
Описание экспериментальной установки
2.1. Технический метод и метод измерения с помощью омметра
Электрическая схема технического метода показана на рис. 5, монтажная – на рис. 7.
Рис. 7. Монтажная схема: 2,3,4 – см. на рис. 5
2.2. Метод измерения с помощью моста Уитстона
Электрическая схема моста Уитстона показана на рис. 6, монтажная – на рис. 8.
Рис. 8. Монтажная схема: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – см. рис. 6
Выполнение измерений
Технический метод
1. Соберите электрическую цепь (см. рис. 5) по монтажной схеме, приведенной на рис. 7.
2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».
3. Кнопками установки напряжения «0…15 В» установите ток . Значения тока и напряжения запишите в таблицу.
4. Проведите аналогичные измерения, увеличивая ток на до .
5. Выключите кнопкой «Сеть» питание блока генераторов напряжений.
Таблица. Значения сопротивления миниблока «Сопротивление проводника», измеренные разными методами.
Геометрические параметры проводника | ||||
Технический метод | Измерение омметром | Мостовой метод | ||
Среднее сопротивление | ||||
Измерение омметром
6. Подключите омметр к миниблоку «Сопротивление проводника». В качестве омметра используют мультиметр: режим Ω 200 Ом, входы COM, VΩ.
7. Установите требуемый режим измерения.
8. Запишите показания прибора в таблицу.
Измерение мостом Уитстона
9. Соберите монтажную схему (см. рис. 8) по схеме (см. рис. 6).
10. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».
11. Установите все декады магазина сопротивлений в нулевое положение.
12. Подберите такое сопротивление магазина , при котором показания амперметра будут находиться вблизи нуля:
а) начните с декады с наибольшим сопротивлением;
б) увеличьте сопротивление декады на одно значение;
в) если ток, текущий через амперметр, уменьшился, но не изменил знак, то продолжайте увеличивать сопротивление декады;
г) как только знак тока изменился на противоположный, то это значит, что сопротивление магазина стало больше сопротивления исследуемого проводника и переключатель следует вернуть в предыдущее положение, после чего перейти к подбору сопротивления следующей декады;
д) подбирайте сопротивление на декадах магазина до тех пор, пока показание амперметра не будет равно нулю;
е) увеличьте чувствительность мультиметра, переведя его в режим , и вновь добейтесь магазином сопротивлений того, чтобы показания мультиметра (амперметра) стали равными нулю;
ж) добейтесь того же самого при наибольшей чувствительности мультиметра (режим ) и после этого показание магазина запишите в таблицу.
13. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.