Схема установки и метод измерения

Рис. 8.1

Ус­та­нов­ка смон­ти­ро­ва­на в ме­тал­ли­че­ском кор­пу­се. Схема ее представлена на рис. 8.1: 1 – ис­точ­ник то­ка; 2 – тумб­лер вклю­че­ния; U – вольт­метр; mA – мил­ли­ам­пер­метр; R – рео­стат. Ме­тод оп­ре­де­ле­ния ЭДС со­сто­ит в из­ме­ре­нии то­ка и на­пря­же­ния в це­пи при раз­лич­ных зна­че­ни­ях со­про­тив­ле­ния на­груз­ки. Ес­ли R₁ и R₂ – сопротивления на­груз­ки, то этим со­про­тив­ле­ни­ям, как сле­ду­ет из фор­му­лы (8.4), со­от­вет­ст­ву­ют то­ки:

; ;

Ре­шив эту сис­те­му двух урав­не­ний с дву­мя не­из­вест­ны­ми и r относитель­но и по­ла­гая U₁ = I₁ R₁, a U₂ = I₂ R₂ , по­лу­чим фор­му­лу для оп­ре­де­ле­ния ЭДС:

. (8.11)

Порядок выполнения работы

Пе­ред вклю­че­ни­ем ус­та­нов­ки про­ве­рить, что­бы руч­ка рео­ста­та бы­ла поверну­та по ча­со­вой стрел­ке до упо­ра (рео­стат пол­но­стью вве­ден).

1. Оз­на­комь­тесь с ус­та­нов­кой и вклю­чи­те ее.

2. Под­го­товь­те таб­ли­цу 8.1 для за­пи­си ре­зуль­та­тов экс­пе­ри­мен­та и рас­че­та.

3. Из­ме­няя со­про­тив­ле­ние от мак­си­маль­но­го зна­че­ния (рео­стат полно­стью вве­ден) до ми­ни­маль­но­го (рео­стат вы­ве­ден), за­пи­сать 10-12 зна­че­ний то­ка I и напря­же­ния U во всем ин­тер­ва­ле из­ме­не­ния в таблицу 8.1.

Таблица 8.1.

№	I, мА	U, В	, В	r , Ом	R, Ом	P, Вт	PН , Вт	h, %
среднее	–	–			–	–	–	–

4. Вы­чис­ли­те зна­че­ние ЭДС по фор­му­ле (8.11), взяв па­ры зна­че­ний и на­пряже­ний, от­стоя­щих друг от дру­га на по­ло­ви­ну чис­ла про­из­ве­ден­ных изме­ре­ний (напри­мер, при 12 из­ме­ре­ни­ях взять I₁ и I₇:

; (8.12)

затем I₂ и I₈ ; I₃ и I₉ и т.д.). Най­ди­те сред­нее зна­че­ние ЭДС, рассчитайте ее абсолютную Δε и относительную Е(ε) погрешности:

, (8.13)

где t_n,α – коэффициент Стьюдента для n опытов и доверительной вероятности α=0.95, Δε_i=ε_{среднее}–ε_i;

. (8.14)

5. Вычислите для всех измерений тока и ре­зуль­та­ты за­не­си­те в таб­ли­цу 8.1:

· сопротивление внешней цепи ;

· сопротивление источника тока , среднее r_ср., абсолютную и относительную погрешности r_ср по формулам, аналогичным (8.13) и (8.14).

· полную мощность ;

· полезную мощность Р_Н = I ^. U ;

· коэффициент полезного действия .

6. Построить графики: Р_Н = f(R); P = f(R); h = f(R)

7. Определить со­про­тив­ле­ние внеш­ней це­пи R, со­от­вет­ст­вую­щее максималь­но­му зна­че­нию полезной мощности Р_Н.

8. Сде­лать вы­во­ды.

Контрольные вопросы

1. Что такое сторонние силы ЭДС источника?

2. Дайте определение ЭДС ис­точ­ни­ка то­ка.

3. Выведите формулы для полной, для полезной мощности и для КПД (8.6), (8.8) и (8.9).

4. По­ка­жи­те, как по­лу­чает­ся ус­ло­вие мак­си­маль­ной по­лез­ной мощ­но­сти.

5. За­пи­ши­те за­кон Ома для участка цепи, для пол­ной це­пи.

6. Напишите закон Ома для неоднородного участка цепи.

7. Ко­гда воз­ни­ка­ет ко­рот­кое за­мы­ка­ние? Чему равна при этом мощность?

8. Оце­нить по­греш­но­сти из­ме­ри­тель­ных при­бо­ров, ис­поль­зуе­мых в ра­бо­те.

9. Оце­нить по­греш­но­сти из­ме­ре­ний по­лез­ной мощ­но­сти и кпд ис­точни­ка тока.

10. Сформулируйте правила Кирхгофа для разветвленных цепей.

Используемая литература

[1] §§ 19.1-19.3;

[2] §§ 13.1-13.7, 13.9, 13.10;

[3] §§ 2.28, 2.30, 2.31, 2.33, 2.34;

[4] т.2, §§ 31-37;

[5] §§ 96-101.

Лабораторная работа 2-09