Температура накала нити электрической лампы в зависимости от изменения напряжения

№	В	А	А
1 2 3 4 5 6 7 8 9	50 70 90 110 130 150 170 190 210

Примечание; _{значение} силы тока при увеличении напряжения и от 50В до 210В (прямое измерение), - значение силы тока при уменьшении напряжений от 210В до 50В (обратное измерение).

6.По формуле (10) определить температуру нити наката для всех заданных напряжений U, и занести полученные результаты в табл. 3, учитывая. что температурный коэффициент сопротивления нити лампы равна а сопротивление лампы при комнатной температуре составляет Ом.

7.По формуле приведенной ниже оценить относительную погрешность температуры накала нити электрической лампы

приняв за -погрешность прибора вольтметра.

Контрольные вопросы

1. Какими причинами обусловлено наличие электросопротивления у

металлических проводников?

2. Что понимается под понятием «электронный» газ?

3.От каких параметров зависит сопротивление проводника?

4.Каким образом изменяется сопротивление металлического проводника с ростом температуры'?

5. Напишите формулу по которой определяется температурный коэффициент сопротивления в данной рабо

Лабораторная работа 5 изучение разветвленных электрических цепей с применением правил кирхгофа

Цель работы

Провести расчет сложных, разветвленных цепей путем определения токов в различных участках электрической цепи по известным ЭДС.

Приборы и принадлежности

Изолированные соединительные провода, реостаты - 7 шт., вольтметр, амперметры - 3 шт., источники постоянного тока - 2шт.

Теоретическое введение ^ Электрическим током называется упорядоченное и направленное движение электрических зарядов. Носителями электрического тока являются различные заряженные частицы: положительные и отрицательные ионы, электроны и дырки.

Носителями электрического тока в металлических проводниках являются электроны, в полупроводниках - электроны и дырки, в электролитах - положительные и отрицательные ионы, в ионизированных газах - ионы и электроны.

Исторически так. сложилось, что за направление электрического тока условились считать направление, в котором упорядочение движутся положительные заряды.

В металлах ток направлен против движения электронов, т.е. за направление линий тока принято направление движения положительных зарядов. Тело, проводящее электрический ток, называют проводником.

Рассмотрим некоторое заряженное тело (проводник) на котором сосредоточен заряд . Если этот проводник соединить с Землей с помощью другого проводника с поперечным сечением S, то через некоторое время произойдет уменьшение заряда на величину у заряженного тела. Уменьшение заряда в рассматриваемом теле вызвано оттоком зарядов через проводник соединяющее данное тело с Землей. Другими словами, по этому проводнику течет электрический ток. Электрический ток характеризуется силой тока, которая обозначается буквой и определяется формулой:

(1)

где - заряд, протекающий через проводник, - время

Сила тока в Международной системе единиц СИ измеряется в Амперах. На практике сила тока часто измеряется в долях ампера -микроампер , миллиампер

Сила - тока в 1А соответствует переносу через поперечное сечение S проводника заряда в за единицу времени

Если за равные промежутки времени через проводник проходят равные заряды и направление тока при этом не изменяется со временем, то такой ток называют постоянным. Для постоянного тока равенство (1) записывается в виде:

(2)

Электрический ток в проводнике возможен только в том случае, когда между концами этого проводника существует разность потенциалов. Только наличие на концах проводника разности потенциалов приводит к совершению работы по перемещению электрических зарядов, т.е. течению тока по проводнику. Если на концах проводника поддерживается постоянная разность потенциалов отличная от нуля, то по данному проводнику будет протекать постоянный электрический ток.

Для осуществления постоянного электрического тока в цепи необходимо выполнить два условия: во-первых, электрическая цепь должна быть замкнутой, во-вторых, в цепи должна быть постоянным разность потенциалов между отдельными ее участками.

Немецкий физик Ом опытным путем установил прямолинейную связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов на концах проводника. Это закономерность получила название закона Ома для участка цепи имеющая математический вид:

(3)

где R - сопротивление участка проводника, - разность потенциалов

на концах участка проводника.

Из формулы (3) следует, что сила тока, протекающая через проводник пропорциональна разности потенциалов на концах проводника' и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

В случае наличия в замкнутой цепи источника тока с и внутренним сопротивлением - закон Ома будет иметь вид:

(4)

где - ЭДС источника тока, - внутреннее сопротивление источника дока, R - внешнее сопротивление цепи.

Для того, чтобы в электрической - цепи отсутствовал ток -Необходимо разомкнуть цепь, в этом случае разность потенциалов на клеммах источника равна его ЭДС, т.е.:

(5)

Причина вызывающая или способная вызвать перемещение электрических зарядов называют электродвижущей силой, сокращенно ЭДС и обозначают греческой буквой . Под ЭДС понимается физическая величина, характеризующая свойства источника тока, численно равная работе, совершаемая сторонними силами, которая вносится в электрическую цепь для перемещения единичного, положительного заряда из одной точки цепи в другую.

Сторонними силами называют такие силы, которые поддерживают разность потенциалов в течение продолжительного времени в цепи за счет различных энергий неэлектрического происхождения, а именно механического, теплового, химического, внешнего электрического поля и другими видами энергий.

На практике часто требуется определить параметры (силу тока, ЭДС. сопротивление) в сложных электрических цепях, Для этих целей используют обобщенный закон Ома:

(6)

где U - падение напряжения на участке цепи, R - электрическое сопротивление цепи, - ЭДС источника тока. Падение напряжения U - есть разность потенциалов между двумя точками электрической цепи.

Для расчета сложных разветвленных цепей дополнительно к обобщенному закону Ома применяют правила Кирхгофа.

Первое правило Кирхгофа имеет отношение к узлам электрической цепи постоянного тока. Узлом электрической цепи называется точка, в которой сходятся более двух проводников (см. рис. 1).

Принято, что положительными считаются токи, втекающие в узел, отрицательными - токи, отходящие от узла. Например: на рис. 1 токи и втекают в узел (точка А), а токи и вытекают из узла.

Формулировка первого правила Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю. Математическая запись правила имеет вид:

(7)

где N - число проводников, сходящихся в узле; - ток в узле.

Применяя первое правило Кирхгофа для узла разветвленной цепи, показанного на рис. 1, можно записать равенство для токов в точке А:

(8)

Для выяснения сути второго правила Кирхгофа рассмотрим разветвленную электрическую цепь, в которой выделим некоторый замкнутый контур ABC (см. рис. 2.).

Введем обозначения: через - потенциал точки А. - потенциал точки В, - потенциал точки С. Пусть сопротивление участка АВ равно сопротивление участка ВС равно а сопротивление участка СА равна соответственно на участках АВ, ВС, и АС текут токи и На участке ВС включен источник тока с ЭДС е1, а на участке С А - ЭДС е1.

Сделаем последовательный обход (по часовой стрелке) по выделенному замкнутому контуру ABCА, Согласно, закона Ома на участке АВ можно записать:

(9)

На участке цепи ВС сумма всех скачков потенциалов будет равна сумме разности потенциалов всех отдельных элементов участка ВС, т.е. можно записать:

(10)

Для участка цепи СА сумма всех скачков потенциалов будет равна сумме разности потенциалов имеющихся элементов на участке СА:

(11)

Соответственно, просуммировав выражения (9), (10) и (11) получим:

(12)

Последнее соотношение можно записать в общем виде:

(13)

где - число отдельных выделенных участков в контуре.

Таким образом, из последнего равенства (13) вытекает формулировка второго правила Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления . соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в контуре.

При отсутствии источников в замкнутом контуре

электрической цепи формула (13) запишется в виде:

(14)

Для применения второго правила Кирхгофа выбирается определенное направление обхода контура (как правило, по часовой стрелке). Необходимо проводить обход по замкнутому контуру дважды. При первом обходе устанавливают знаки (+ или -) для ЭДС (см.рис.3.). Если ЭДС создает ток. совпадающий с направлением обхода контура, то ЭДС считают положительным _. Если не совпадает с направлением

обхода, то ЭДС считают отрицательным _. На рис.3 показан фрагмент - обхода контура по часовой стрелке.

При повторном обходе контура знак «+» ставится перед таким произведением IR, для которого направление силы тока совпадает с направлением обхода. Отрицательный знак произведением IR, когда направление силы тока не совпадает с направлением обхода.

В случае последовательного соединения сопротивление определяют по формуле:

Порядок- выполнения работы

Задание 1. Изучение целей с параллельным соединением

проводников.

1. Собрать электрическую схему согласно рис.4.

2.Соблюдать полярность при подключении в цепь источника питания.

3.Установить «движки» реостатов в положение соответствующее максимальным значениям сопротивления на реостатах.

4.Проверить правильность сборки электрической цепи по схеме рис.4 в присутствии лаборанта или преподавателя.

5.Подключить схему к источнику тока.

6.Передвинуть «движок» реостата . постепенно увеличивая силу тока до произвольно выбранного значения.

7.Записать показания амперметров и вольтметра V и зафиксировать в табл. № I.

8.Уменьшить сопротивление реостатов и на произвольное значение.

9.Зафиксировать изменения показаний амперметров и вольтметра V и занести в табл. №1.

10.Повторить измерения три раза для других положений движков реостатов, соблюдая последовательность выполнения пунктов 7, 8, 9.

11 .Вычислить алгебраическую сумму токов, протекающих- по ветвям и по формуле.

12.Вычислить общее сопротивление цепи по закону Ома:

13.Определить сопротивление В первой ветви цепи , т.е. сопротивление

14.Определить сопротивление во второй ветви цепи по формуле:

15.Вычислить общее сопротивление в контуре учитывая параллельное соединение сопротивлений . и . по формуле:

16.Сделать выводы из полученных результатов.

Таблица 1

№	Значения приборов А и V					Значения вычисленные по формуле
					Ом

Задание 2. Изучение разветвленных цепей с применением второго правила Кирхгофа

1.Собрать электрическую схему по рис. 5

Рис.5 Электрическая схема к заданию 2

Два источника тока с ЭДС с внутренним

сопротивлением Ом. Три амперметра с пределом

измерения точки B и D узлы данной электрической цепи.

2. Записать показания амперметров при включенных

источниках питания и и зафиксировать их в табл. №2.

3.Отключить источники и рассмотреть контуры DAB и BCD для которых точки В и D являются узлами данной цепи ЛВС П.

4.Сделать последовательный обход по контурам DAB, BCD и определить знаки ( + или -) для ЭДС и .

5.Сделать второй обход по контурам DAB , BCD и определить знаки (+ или - ) перед соответствующими произведениями JR.

6.Составить равенства согласно закону Ома для обоих контуров.

7.Просуммировать почленно полученные равенства обоих контуров и записать результирующее соотношение (см. теор. часть.).

8.Подсчитать величины токов по известным сопротивлениям и ЭДС (значения ЭДС и сопротивлений сообщаются лаборантом или преподавателем).

9.Сравнить расчетные данные токов с данными показаний амперметров.

10.Сделать выводы из проделанной работы.

Таблица 2

№	Показания параметров			Расчетные данные
1 2 3