Изучение электроизмерительных приборов
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
Гомельский государственный университет
имени Франциска Скорины»
Г. А. БАЕВИЧ, М. Т. БАРАНОВ, И. В. СЕМЧЕНКО
Общая физика
Практическое пособие
По электричеству и магнетизму
Для студентов
Физических специальностей
Гомель
УО «ГГУ им. Ф. Скорины»
УДК 537(075.8)
ББК 22.33я73
Б 158
Рецензенты:
Г. С. Митюрич, проректор по научной работе УО «Белорусский торгово-экономический университет потребительской кооперации», доктор физ.-мат. наук, профессор;
кафедра общей физики учреждения образования «Гомельский
государственный университет имени Франциска Скорины»
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом
учреждения образования «Гомельский государственный
университет имени Франциска Скорины»
| Б 158 | Баевич, Г. А. Общая физика : практическое пособие по электричеству и магнетизму для студентов физических специальностей университета / Г. А. Баевич, М. Т. Баранов, И. В. Семченко; М-во образования РБ, Гомельский государственный университет им. Ф.Скорины. – Гомель : ГГУ им. Ф. Скорины, 2010. – 148 с. |
ISBN 978–985–439–440–4
Практическое пособие ставит целью оказание помощи студентам физических специальностей в изучении основных явлений электромагнетизма и методов проведения физического эксперимента в ходе лабораторного практикума.
УДК 537(075.8)
ББК 22.33я73
ISBN 978–985–439–440–4 © Баевич Г. А., Баранов М. Т.,
Семченко И. В., 2010
© УО «Гомельский государственный
университет имени Франциска
Содержание
| Введение ………………………………………………………………………... | ||
| Тема 1 | Изучение электроизмерительных приборов .…………….............. | |
| Тема 2 | Изучение сегнетоэлектриков…….………………………………… | |
| Тема 3 | Определение удельного заряда электрона…………………. ……. | |
| Тема 4 | Изучение распределения магнитного поля внутри соленоида... | |
| Тема 5 | Изучение явлений взаимной индукции…………………………… | |
| Тема 6 | Изучение вакуумного диода……………………………………….. | |
| Тема 7 | Изучение явления магнитного гистерезиса………………………. | |
| Тема 8 | Изучение работы конденсатора……………………………………. | |
| Тема 9 | Изучение работы простых цепей………………………………….. | |
| Тема 10 | Изучение затухающих колебаний…………………………………. | |
| Тема 11 | Изучение вынужденных колебаний.………………………………. | |
| Тема 12 | Изучение релаксационных колебаний…………………………….. | |
| Тема 13 | Исследование связанных колебательных контуров………………. | |
| Тема 14 | Изучение электростатических полей……………………………… | |
| Тема 15 | Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли ……………………………………………………. | |
| Тема 16 | Изучение работы биполярного транзистора……………………… | |
| Литература …………………………………………………………………….. |
Введение
В соответствии с учебным планом специальностей 1-31 04 01-02 «Физика (производственная деятельность)», 1-31 04 01-03 «Физика (научно-педагогическая деятельность)» и 1-31 04 01-04 «Физика (управленческая деятельность)» изучение курса «Электричество и магнетизм» сопровождается лабораторными работами. Для проведения работ в практикуме используется типовое оборудование, разработанное ВНПО «Союзвузприбор», а также разработанное в лаборатории нашего вуза.
Описание и методика проведения этих работ даны в настоящем практическом пособии. Каждая работа содержит краткое изложение сущности изучаемых явлений, сведения об экспериментальной методике, положенной в основу лабораторной работы, подробное описание проведения измерений, дается описание используемых приборов.
Выполнение каждой лабораторной работы связано с необходимостью предварительного изучения определенной теоретической части курса. Необходимо помимо данного пособия ознакомиться с соответствующим разделом учебника и конспектом лекций, т. е. разобраться в том, какое явление изучается, какие величины измеряются.
С первых задач практикума студент изучает современные измерительные приборы: цифровые комбинированные вольтметры, низкочастотные генераторы синусоидального и прямоугольного сигналов, двухканальные осциллографы.
Работа в лаборатории является одним из основных элементов процесса изучения физики, поскольку учит самостоятельно воспроизводить и анализировать важнейшие физические явления, получать правильные числовые значения измеряемых величин, сопоставлять их с имеющимися теоретическими соотношениями.
Каждая лабораторная работа рассчитана на одно занятие продолжительностью четыре академических часа, а первая работа «Изучение электроизмерительных приборов» – на два занятия такой же продолжительности.
Данное практическое пособие написано авторами на основании многолетнего опыта проведения лабораторных работ по курсу «Электричество и магнетизм».
Тема 1
Изучение электроизмерительных приборов
1 Классификация и принцип действия электроизмерительных приборов
2 Устройство и принцип работы приборов комбинированного типа
3 Устройство и принцип работы электронного осциллографа
4 Устройство низкочастотного генератора
Основные понятия по теме
Электроизмерительным прибором называется устройство, предназначенное для измерения электрических величин: тока, напряжения, сопротивления и т. п. Электроизмерительные приборы подразделяются на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения. В приборах первого типа измеряемая величина отсчитывается по показаниям предварительно проградуированных приборов, в приборах второго типа в процессе измерения производится прямое сравнение с эталонной мерой.
Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:
– по роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, омметры, счетчики, ваттметры и др.;
– по роду тока: приборы постоянного тока, переменного тока, приборы постоянного и переменного тока;
– по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, индукционные, тепловые, электростатические, электродинамические и др. (таблица 1.1);
– по степени точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 классов. Приборы класса точности 0,1; 0,2; 0,5 применяются для точных лабораторных измерений и называются прецизионными.
В соответствии с классификацией и принципом действия на шкалах приборов наносятся следующие обозначения:
– символ, указывающий род измеряемой величины: А – амперметр, V– вольтметр, W – ваттметр и т. д.;
– символ рода тока: постоянный (–) или переменный (~);
– символ способа установки прибора: ^ – вертикально, П – горизонтально;
– пробивное напряжение изоляции;
– класс точности 0,1; …; 4,0.
Таблица 1.1 – Принцип действия электроизмерительных приборов
| Система прибора | Условное обозначение прибора | Знак на шкале прибора |
| Электромагнитная |  | Ток: – постоянный – переменный  – трехфазный |
| Магнитоэлектрическая |  | |
| Электродинамическая |  | Зажим: – общий – соединенный с корпусом  – для заземления |
| Индукционная |  | |
| Вибрационная |  | Установка прибора: – вертикальная – горизонтальная – под углом |
| Выпрямительная |  | |
| Термоэлектрическая |  | |
| Ферродинамическая |  |  Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2кВ |
| Электростатическая |  |
Из основных технических требований, предъявляемых к электроизмерительным приборам, следует указать на следующее: необходимо, чтобы прибор потреблял малую мощность и не вносил заметных изменений в электрическую цепь.
Электроизмерительные приборы состоят из неподвижной и подвижной частей. При измерениях вращающий момент подвижной части уравновешивается противодействующим моментом пружины или какого-либо другого устройства. При таком равновесии показатель прибора фиксирует определенный угол поворота. Устанавливая однозначную зависимость между углом поворота указателя прибора и численным значением измеряемой величины, можно построить шкалу, по которой производится отсчет измеряемой величины. Трение в опорах деталей влияет на показания прибора, т. е. вносит погрешность. Поправки к показанию прибора могут быть заранее определены путем соответствующей проверки данного прибора.
Величина, численно равная отношению приращения угла поворота подвижной части прибора к приращению измеряемой величины, называется чувствительностью прибора.
Чем больше приращение угла отклонения при одном и том же приращении измеряемой величины, тем меньшие величины можно измерять прибором и тем выше чувствительность. Если, например, приращение угла 
вызвано приращением тока 
, то чувствительность определяется как
Величина 
называется ценой деления прибора. Она определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. Например, имеем прибор, который может измерять напряжение 0... 250 В, шкала этого прибора разделена на 50 мелких делений. Чувствительность этого прибора
Цена деления
Шкала прибора служит для проведения отсчета измеряемой величины. Цифры возле делений обозначают либо число делений от нуля шкалы, либо непосредственное значение измеряемой величины. В первом случае для получения значения измеряемой величины в практических единицах нужно определить цену деления шкалы прибора (иногда называемой постоянной прибора) и умножить ее на число отсчитанных делений. При отсчете луч зрения должен быть перпендикулярен шкале, иначе возможна погрешность от параллакса. При отсчете по зеркальной шкале глаз наблюдателя должен быть расположен так, чтобы конец стрелки покрывал свое изображение в зеркале. Зеркальные шкалы позволяют избежать параллакса. В целях сокращения промежутка времени, необходимого для успокоения подвижной части прибора (после включения), имеются специальные тормозящие устройства (демпферы).