Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. –М., Высшая школа (все издания).

2. Скорохватов Н.А. Курс лекций по электромагнетизму.-М.,МИИГАиК, 2006.

Лабораторная работа № 201 б. Определение удельного сопротивления проводника

Приборы и принадлежности:

Цель работы: ознакомление с электроизмерительными приборами, определение удельного сопротивления нихромовой проволоки.

Краткая теория:

(Рекомендуем вначале ознакомиться с теоретической частью работы 201а.)

В этой работе определяется удельное сопротивление нихромовой проволоки , которое определяется по формуле:

, (1)

где R – сопротивление отрезка проволоки, l - его длина, S – площадь поперечного сечения проволоки.

Для нахождения площади поперечного сечения S измеряют микрометром диаметр проволоки d. Отсчет ее длины l производится по метрической стойке, закрепленной на стойке прибора. Для определения сопротивления проволоки по формуле (закон Ома для участка цепи), измеряют напряжениеU на концах проволоки и ток I, текущий при этом через нее.

Для измерения силы тока служат амперметры, которые включают в цепь последовательно, а для измерения напряжения пользуются вольтметрами, которые включают параллельно исследуемому участку.

Различие в способах включения вольтметра и амперметра в электрическую цепь приводит к совершенно различным требованиям, которым должно удовлетворять внутреннее сопротивление этих приборов. Включение любого измерительного прибора в цепь всегда приводит к некоторому перераспределению токов и напряжений в исследуемой цепи. Желательно, чтобы это перераспределение было, по возможности, незначительным. Поэтому необходимо, чтобы амперметр обладал малым сопротивлением, а вольтметр – большим по сравнению с сопротивлением исследуемой цепи или её участка.

При изменениях тока I и напряжения U возможны два способа включения амперметра и вольтметра. Допустим, что мы используем эталонные амперметр и вольтметр, т.е. приборы, не имеющие собственных погрешностей. Но и в этом случае при обоих способах включения приборов мы будем допускать систематическую погрешность, обусловленную выбором схемы.

Действительно, в первой схеме на рис.1 эталонный вольтметр точно измеряет напряжение U_R тогда как эталонный амперметр измеряет суммарный ток I через вольтметр I_v и сопротивление I_R

, (2)

Так как , то, и измеренное значение сопротивлениядля первой схемы включения амперметра и вольтметра равно:

(3)

Здесь - сопротивление проволоки, -систематическая относительная погрешность при измерениях сопротивления по первой схеме (соотношение (3) справедливо при малых значениях ). В случае использования второй схемы (см. рис.1) измеряемое вольтметром напряжениеU равно:

(4)

Следовательно, измеренная величина сопротивления равна:

(5)

Величина - систематическая относительная погрешность при измерениях сопротивления по второй схеме.

Таким образом, чтобы добиться минимальной систематической погрешности в определении R, нужно сначала приближенно оценить величину R и затем найти значения

и (6)

При измерениях сопротивления на практике, разумеется, лучше пользоваться той схемой, где погрешность минимальна.

Описание установки:

Основание 1 оснащено регулируемыми ножками, которые позволяют произвести выравнивание положения прибора. К основанию прикреплена стойка 2 с нанесенной метрической шкалой 3. На стойке смонтированы два неподвижных кронштейна 4 и один подвижный кронштейн 5, который может передвигаться вдоль стойки и фиксироваться в любом положении. Между верхним и нижним кронштейнами натянут измеряемый проводник 6, который прикреплен к кубикам 7 с помощью винтов. Через контактный зажим на подвижном кронштейне обеспечивается хорошее гальваническое соединение с измеряемым проводником. На подвижном кронштейне нанесена стрелка, которая определяет на шкале длину отрезка измеряемого проводника. Нижний, верхний и центральный контакты подведены при помощи проводов низкого сопротивления к измерительной части прибора 8, которая помещена в центральном корпусе и при помощи винтов прикреплена к основанию.

Вид лицевой панели измерительного блока представлен на рисунке:

Включение прибора производится нажатием кнопки «сеть», при этом в правом верхнем углу лицевой панели начинает светиться лампочка – индикатор. Кнопка «мост» - переключатель рода работы. В ненажатом состоянии кнопка обеспечивает режим согласования прибора с мостом постоянного тока. При выполнении работы эта кнопкавсегда должна быть нажата. В таком режиме прибор обеспечивает стабилизацию тока, идущего по нихромовой проволоке, т.е. при измерении длины проволоки величина идущего по ней тока будет поддерживаться постоянной. В таком режиме прибор обеспечивает стабилизацию тока, идущего по нихромовой проволоке, то есть при изменении длины включенной в сеть проволоки величина идущего по ней тока будет поддерживаться постоянной.

Кнопка служит для перехода от измерения сопротивления по схеме 1 (кнопка нажата), к схеме 2 (кнопка не нажата).

Для регулировки величины стабилизированного тока служит ручка «Рег. тока».