2020-06-08
291
Иногда следует такая запись: Q = 1,30 Дж. Это означает, что в числе имеются три значащие цифры и отбрасывать нуль нельзя. Имеются случаи, когда после значения физической величины указывается слово «точно». Например, 273,16 К (точно). Это значит, что получить число точнее нельзя никакими способами.
Если имеются очень громоздкие числа, то для удобства целесообразно ставить в них запятую после первой цифры слева и умножать это число на 10 в нужной степени. Такая запись удобна, потому что сразу видно количество значащих цифр и при действиях с приближенными числами легко определить порядок полученной величины для сравнения ее, например, с табличным значением.
Электроизмерительные приборы
Для измерения различных характеристик электромагнитного поля используют электроизмерительные приборы. Например, силу электрического тока измеряют амперметром, напряжение (разность потенциалов) – вольтметром, электрическое сопротивление – омметром, мощность тока – ваттметром и т.д.
В отличие от длины, непосредственно, визуально измеряемой наблюдателем, характеристики электромагнитного поля не воспринимаются органами чувств и поэтому должны быть преобразованы.
|
|
|
Электроизмерительные приборы – средства измерений характеристик электромагнитного поля, вырабатывающие сигнал в форме, доступной для восприятия наблюдателя.
По типу вырабатываемого сигнала электроизмерительные приборы подразделяются на цифровые и аналоговые.
Цифровые приборы вырабатывают сигналы, представляемые в цифровой форме на дисплее.
Аналоговые приборы представляют сигнал, являющийся непрерывной функцией измеряемой физической величины. Например, в амперметре угол отклонения стрелки на шкале прибора пропорционален силе тока.
В аналоговых приборах, наиболее часто используемых в лаборатории физики, энергия электрического или магнитного поля преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора.
По способу преобразования энергии и по конструктивным особенностям аналоговые приборы подразделяют на следующие системы (см. табл.1).
Таблица 1
| № | Система прибора | Условное обозначение системы | |||||||
| 1 | Электростатическая |
| |||||||
| 2 | Электродинамическая | 
| |||||||
| 3 | Электромагнитная |   
| |||||||
| 4 | Магнитоэлектрическая |
 ∩
|
Условное обозначение системы измерительного прибора схематически показывает принцип преобразования энергии электромагнитного поля в механическую энергию перемещения подвижной части прибора.
Принцип действия прибора электростатической системы основан на электростатическом взаимодействии электродов, между которыми существует разность потенциалов (напряжение).
|
|
|
В приборе электродинамической системы магнитное поле, создаваемое током в неподвижной катушке, действует на ток, протекающий в подвижной катушке. Взаимодействие токов приводит к повороту подвижной катушки.
В приборе электромагнитной системы измеряемый ток протекает по неподвижной катушке. Воздействие магнитного поля катушки на ферромагнитный сердечник приводит к его повороту, угол которого зависит от силы измеряемого тока.
Цена деления, чувствительность электроизмерительного прибора
Точность измерения характеризуется ценой деления шкалы прибора. Предположим, что шкала прибора, например амперметра, насчитывает N = 100 делений, а предел измерения силы электрического тока Imax=10 А соответствует максимальному отклонению стрелки прибора. Тогда отклонению стрелки на 1 деление соответствует сила тока
Таким образом определяется цена деления прибора:
Чем меньше эта величина, которая может быть измерена прибором, т.е. чем меньше цена деления шкалы, тем выше точность измерения прибора.
Чувствительность прибора – величина, обратная его цене деления. Она характеризует число делений, на которое отклоняется стрелка прибора (амперметра) при измерении силы тока в 1 А:
Чем больше чувствительность, тем выше точность измерения прибора. В рассмотренном выше примере
.
Класс точности, погрешность измерения электроизмерительного прибора
Погрешность измерения электроизмерительного прибора складывается из погрешности отсчета и инструментальной погрешности. Например, погрешность измерения силы тока амперметром ΔI равна сумме погрешности отсчета ΔIот и инструментальной погрешности ΔIи:
ΔI = ΔIот + ΔIи.
Предельное значение погрешности отсчета принимают равным ¼ цены деления шкалы:
Инструментальная погрешность определяется классом точности электроизмерительного прибора.
Класс точности электроизмерительного прибора – относительная инструментальная погрешность, соответствующая пределу измерения Imax шкалы, выраженная в процентах:
Например, класс точности 1,5 означает относительную погрешность 1,5%. Как следует из этой формулы, инструментальная погрешность определяется классом точности электроизмерительного прибора:
Пример расчета погрешности электроизмерительного прибора
Предположим, что амперметр измеряет силу тока от 0 до 2 А. Шкала имеет 40 делений, класс точности прибора 4%.
Тогда цена деления амперметра:
Предельное значение погрешности отсчета
Инструментальная погрешность:
Абсолютная погрешность измерения силы тока ΔI:
|
ИЗУЧЕНИЕ
ЗАКОНА БОЙЛЯ - МАРИОТТА
Цель работы: с помощью эксперимента доказать верность равенства
P1V1 = P2V2
Оборудование, средства измерения: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, цилиндрический сосуд с водой, линейка с миллиметровым делением.
Теоретическое обоснование
Закон Бойля – Мариотта устанавливает соотношение между давлением и объемом данной массы газа при постоянной температуре.
PV = const, при T = const.
Для двух произвольных состояний можно записать
P1V1 = P2V2 при T = const.
Экспериментальная проверка закона осуществляется следующим образом: измеряется объем воздуха, заключенный в стеклянной трубке, находящейся под давлением, равным атмосферному Р1 = Ратм. Затем трубка своим открытым концом погружается в цилиндрический сосуд, заполненный жидкостью. Давление на воздух трубки возрастает и становится равным:
Р2 = Ратм + Ржидк,
а объем соответственно уменьшается. Объем воздуха в трубке измеряется в относительных линейных единицах и равен высоте столба воздуха в трубке. Произведение объема на давление в первом состоянии должно быть приблизительно равно произведению давления на объем во втором состоянии.
|
|
|
Ратм·V1 = (Pатм + Ржидк)·V2.
Расчет давления необходимо производить в паскалях – Па, объем – в мм.
Давление жидкости рассчитывается по формуле Ржидк = ρ·h·g, где
ρ– плотность жидкости = 1000 кг/м3,
g – ускорение свободного падения,
h – высота столба жидкости над нижним уровнем воздуха в трубке.
Порядок выполнения работы
1. Измерьте объем стеклянной трубки V1 и результат занесите в таблицу.
2. Опустите трубку открытым концом в цилиндрический сосуд с водой и пронаблюдайте за тем, что произойдет.
3. Измерьте высоту столба жидкости над нижним уровнем воздуха в трубке h (рис.1) и полученное значение занесите в таблицу.
4. Рассчитайте давление жидкости:
Ржидк =
5. Рассчитайте давление Р2 на воздух трубки:
Р2 =
6. Измерьте объем стеклянной трубки V2 (рис.1) или измерьте объем жидкости до нижнего уровня воздуха в трубке и тогда объем V2 можно рассчитать как разность объема V1 и объема жидкости до нижнего уровня воздуха в трубке.
7. Рассчитайте произведение давления на объем в первом и во втором случаях:
P1V1 =
P2V2 =
8. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу.
Таблица.
| Р1, мм.рт.ст. | Р1, Па | V1, м3 | h, м | Ржидк, Па | Р2, Па | V2, м3 | Р1V1 | P2V2 |
 |
V2 h
| ||||
 | ||||
Рис.1
Вывод:
Контрольные вопросы
1. При каком условии справедлив закон Бойля – Мариотта?
2. Объясните закон для изотермического процесса, пользуясь молекулярно-кинетической теорией.
3. Производит ли газ давление в состоянии невесомости?
4. Можно ли с помощью прибора для данной работы проверить зависимости между параметрами газа для изохорного и изобарного процессов? Как это осуществить?
|
|
|
5. Определите массу 20 л воздуха, находящегося при температуре 273 К под давлением 30 атм.
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
Цель работы: изучить методику работы с приборами; определить влажность воздуха, используя различные способы.
Оборудование, средства измерения: психрометр бытовой, гигрометр металлический, гигрометр волосной, спирт в склянке с пробкой, термометр лабораторный от 0 до 100 ºС, воронка простая с коротким стеблем, таблица психрометрическая, таблица зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры.
Теоретическое обоснование
Воздух, которым дышат человек, животные и растения, представляет собой смесь различных газов. Значительную важность для жизнедеятельности живых организмов и для многих технологических процессов производства представляет содержание в воздухе водяных паров. Для оценки содержания паров воды в воздухе вводят величины абсолютной и относительной влажности воздуха.
Абсолютную влажность воздуха измеряют плотностью водяного пара ρа, находящегося в воздухе или его давлением Ра.
Относительную влажность измеряют числом, показывающим, сколько процентов составляет абсолютная влажность от плотности водяного пара, нужного для насыщения воздуха при имеющейся у него температуре:
 |  | ||
или
Существует несколько методов измерения относительной влажности воздуха. В данной работе ее измеряют с помощью психрометра, конденсационного и волосного гигрометров.
I. Психрометром – по разности температур термометров, резервуар у одного из которых окружен полоской ткани, опущенной в воду (правый), а у другого остается сухим (левый), и специальной таблице.
II. Конденсационным гигрометром – путем нахождения точки росы, т.е. температуры, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, и с помощью таблицы зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры. Температуру в камере гигрометра понижают, продувая воздух через спирт и вызывая тем самым его интенсивное испарение.
Чтобы легче было заметить появление росы на поверхности охлаждаемой камеры, ее окружают металлическим кольцом с теплоизолирующей прокладкой. Наблюдение за появлением налета росы проводят путем сравнения поверхности охлажденной камеры с блестящей поверхностью кольца, которая во время опыта остается без изменений.
III. Волосным гигрометром непосредственно измеряют относительную влажность воздуха в процентах.
Проверку и установку волосного гигрометра производят на основании определения относительной влажности воздуха с помощью психрометра.
Порядок выполнения работы
Измерение относительной влажности воздуха с помощью психрометра.
1. Ознакомьтесь с устройством психрометра.
2. Определите показания его термометров и полученные значения занесите в таблицу.
3. Вычислите разность температур сухого и влажного термометров:
ΔТ = Тсух – Твлаж =
4. По психрометрической таблице определите относительную влажность воздуха и заполните таблицу1.
Таблица 1.
| Тсух, ºС | Твлаж, ºС | ΔТ = Тсух – Твлаж | φ, % |
Измерение относительной влажности воздуха с помощью конденсационного гигрометра
1. Ознакомьтесь с устройством гигрометра.
2. Протрите мягкой тканью полированную стенку и кольцо гигрометра до полного блеска.
3. Налейте в камеру гигрометра (наполовину) спирта, вставьте в нее термометр и присоедините резиновую грушу.
Предупреждение. Пары спирта огнеопасны, поэтому не допускайте вблизи прибора открытого пламени.
4. Установите прибор так, чтобы зеркальная поверхность его была расположена под углом 30 – 40 º к направлению луча зрения. Продувайте воздух через спирт и внимательно следите за полированной поверхностью стенки камеры, сравнивая ее с поверхностью кольца.
5. В момент появления росы заметьте показания термометра, прекратите продувание воздуха и продолжайте наблюдение, чтобы заметить показание термометра в момент полного исчезновения росы.
6. Наблюдение повторите несколько раз, стараясь возможно точнее определить температуру появления и исчезновения росы. По окончании наблюдений оставшийся в гигрометре спирт слейте в склянку и плотно закройте ее. Результаты опыта запишите в таблицу 2.
Таблица 2.
| Температура окружающего воздуха, ºС | Температура появления росы, ºС | Температура исчезновения росы, ºС |
| 1. 2. 3. 4. 5. |
7. Примите среднее значение отмеченных температур за достоверную точку росы и, зная температуру окружающего воздуха, вычислите относительную влажность, воспользовавшись таблицей зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры.
Дополнительное задание
Измерение относительной влажности воздуха волосным гигрометром
1. Ознакомьтесь с устройством и принципом действия волосного гигрометра. Сравните его показание с результатами предыдущих опытов.
2. Подышите на волос гигрометра и понаблюдайте за поведением стрелки.
Вывод:
Контрольные вопросы
1. Когда разность показаний термометров психрометра больше: когда воздух в комнате более сухой или более влажный?
2. Почему в гигрометре для охлаждения применяется спирт?
3. Зачем через гигрометр продувают воздух?
4. Почему после жаркого дня роса бывает более обильна?
5. Почему перед дождем ласточки летают низко?
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО
НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ (ВОДЫ).
Цель работы: освоить методику определения коэффициента поверхностного натяжения, произвести измерения и вычислить КПН воды.
Оборудование, средства измерения: рычажные весы, набор разновесов, линейка, кювета с водой, проволочка, песок, нить, штатив.
Теоретическое обоснование
Молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном ее слое, испытывают со стороны молекул, находящихся внутри жидкости, более значительные воздействия, чем со стороны молекул газа. Вследствие этого молекулы поверхностного слоя жидкости находятся как бы в напряженном состоянии – поверхностного натяжения – образуя на поверхности пленку.
Сила Fн, обусловленная взаимодействием молекул жидкости, вызывающая сокращение площади ее свободной поверхности и направленная по касательной к этой поверхности, называется силой поверхностного натяжения.
Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости.
 |
Свободная поверхность жидкости в состоянии равновесия стремится к минимуму, жидкость как бы стягивается упругой поверхностной пленкой, стремящейся к уменьшению своей площади.
F
 |
L x
 |
Рис.1
При образовании тонкой пленки шириной l (рис.1) вдоль границы поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения F, равная
F = 2σl,
где σ – поверхностное натяжение; множитель 2 стоит по той причине, что пленка имеет две поверхности.
Отсюда
Для измерения поверхностного натяжения проволочную петлю полностью погружают в жидкость, а затем медленно вытягивают из жидкости. При этом на петле образуется пленка. Когда сила тяжести подсыпаемого песка станет по модулю равна силе поверхностного натяжения, пленка разрывается.
Порядок выполнения работы
1. К одной из чашек рычажных весов на тонкой нити подвешивается медная проволока, на противоположную чашку насыпайте песок до тех пор, пока весы не придут в равновесие.
2. Под проволочкой расположите кювету с водой таким образом, чтобы проволочка располагалась на высоте 1 – 1,5 см над поверхностью воды.
3. Взявшись за нить осторожно, плавным движением, приводим проволочку в соприкосновение с поверхностью воды, добиваясь ее приклеивания к поверхности жидкости.
Весы выйдут из равновесия. Как вы думаете, почему?
4. Теперь осторожно подсыпайте песок на противоположную чашку до тех пор, пока вес подсыпаемого песка станет равным силе поверхностного натяжения. В этом случае:
Рпеска = Fн = mпеска·g.
5. Массу песка определите взвешиванием. Для этого на ту чашку весов, к которой подвешена проволочка, кладем разновесы до тех пор, пока весы не придут в равновесие.
Длина границы свободной поверхности жидкости будет равноудвоенной длине проволочки, так как проволочка соприкасается с жидкостью с обеих сторон l = 2lпров.
Тогда расчетная формула примет вид
 |  | ||
6. Опыт проделайте три раза, вычисляя каждый раз значение поверхностного натяжения.
7. Найдите среднее значение поверхностного натяжения:
 |
-σ =
8. Вычислите абсолютные погрешности измерений:
Δσ1 =׀ σ1- -σ ׀
Δσ2 =׀ σ2- -σ ׀
Δσ3 =׀ σ3- -σ ׀
Δσ1 = ; Δσ2 = ; Δσ3 = ;
9. Найдите среднее значение абсолютной погрешности:
 |
Δ-σ =
и результат запишите в виде:
σ = -σ ± Δ-σ.
10. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.
Таблица.
| № п/п | L, мм | m, кг | σ | Δσ |
| 1. 2. 3. | ||||
| -σ | Δ-σ |
Вывод:
Контрольные вопросы
1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?
3. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте.
4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?
5. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?
|
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Цель работы: исследовать электрическое поле конденсатора, разряд конденсатора и измерить его электроемкость.
Оборудование, средства измерения: электролитический конденсатор на 10 – 30 В, емкостью 2000 мкФ; ампервольтомметр АВО – 63 или микроамперметр на 100 мкА, М-24; вольтметр магнитоэлектрической системы на 6 В; источник электропитания; резистор на 50 – 100 кОм; секундомер или часы с секундной стрелкой; ключ замыкания тока; провода соединительные.
Теоретическое обоснование
Определение электрического поля как особой формы материи получает свое обоснование в том, что у электрического поля имеется энергия. Энергия, как и масса является необходимым свойством вещества и полей – двух форм материи, изучаемых физикой.
Согласно теории близкодействия энергия любых заряженных тел сосредоточена в электрическом поле этих тел. Поэтому говорят об энергии электрического поля, причем считается, что энергия источников поля - заряженных тел – распределена по всему пространству, где имеется электрическое поле. Например в плоском конденсаторе энергия сосредоточена в пространстве между его обкладками.
Способ определения емкости конденсатора в данной работе основан на измерении заряда, отданного конденсатором при разряде. Чтобы определить заряд, необходимо знать зависимость силы тока при разряде от времени. В данной работе исследуется эта зависимость, и по полученным данным строится график (рис.1). Площадь, ограниченная графиком и осями координат, численно равна заряду, отданному конденсатором.
Чтобы вычислить заряд, сначала определяют, какому заряду соответствует на графике площадь квадрата со стороной в 1 см (или 0,5 см), и подсчитывают число таких квадратов на всей площади, ограниченной графиком. Определив таким приемом заряд и измерив вольтметром разность потенциалов на обкладках конденсатора в начале разряда, определяют емкость по формуле:
Порядок выполнения работы
1. Соберите цепь по схеме, показанной на рис.2. При замкнутом ключе конденсатор заряжается до разности потенциалов источника напряжения (заряд происходит почти мгновенно, так как сопротивление соединительных проводов очень мало). Микроамперметр показывает ток, проходящий через резистор.
I, мкА
 |
4 В
V
 |  | ||
t, с mA
Рис.1 Рис.2
2. Разомкните ключ и одновременно включите секундомер. В этом случае источник напряжения отсоединяется от цепи, а ток продолжает идти за счет разряда конденсатора. Через каждые 10 с замечайте силу тока и записывайте ее в таблицу 1.
3. Когда конденсатор полностью разрядится, повторите опыт и снова через каждые 10 с записывайте в таблицу показания микроамперметра. Вычислите средние значения сил тока:
Iср =
4. По данным таблицы постройте график зависимости силы тока при разряде конденсатора от времени. По оси абсцисс отложите время в секундах, а по оси ординат – силу тока в амперах. (Выберите соответствующий масштаб.)
Таблица 1
| Время t, с | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 |
| Сила тока разряда I, 10-5А |
5. Определите, какому заряду в кулонах соответствует на графике площадь в 1 см2. Для этого умножьте время в секундах, соответствующее 1 см по оси абсцисс, на силу тока в амперах, соответствующую 1 см по оси ординат:
q =
6. Подсчитайте площадь в квадратных сантиметрах, ограниченную графиком и осями координат. Определите заряд, соответствующий всей этой площади.
7. Зная напряжение и заряд, определите емкость конденсатора, выразив ее в фарадах и микрофарадах. Сравните эту емкость с емкостью, указанной на конденсаторе:
С =
8. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 1.
Дополнительное задание
Имея конденсаторы известной емкости (эталоны), можно на опыте убедиться, что емкость конденсатора С прямо пропорциональна числу делений, на которое отбрасывается стрелка гальванометра:
С = кn.
Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности:
 |
1. Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.3, включив в нее источник постоянного тока, конденсатор известной емкости, гальванометр и однополюсный переключатель.
2. Зарядите конденсатор. Для этого соедините его на короткое время с источником тока. Затем, сосредоточив внимание на стрелке прибора, быстро переключите конденсатор на гальванометр и заметьте по шкале максимальное отклонение (отброс) стрелки, отсчитывая на глаз десятые доли деления. Опыт повторите несколько раз, чтобы точнее заметить показание стрелки, и вычислите коэффициент пропорциональности к.
4. Выполните опыт с конденсатором другой емкости и по полученным данным вычислите среднее значение к. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 2.
5. В электрическую цепь включите конденсатор неизвестной емкости Сх и определите, на сколько делений nx отклоняется стрелка измерительного прибора в этом случае. Зная коэффициент пропорциональности к вычислите Сх.
Сх = кnх.
Сх =
Таблица 2
| № п/п | Емкость конденсатора С, мкФ | Число делений по шкале гальванометра, n |  Коэффициент пропорциональности
| Среднее значение коэффициента Кср |
| 1 | ||||
| 2 |
Вывод:
Контрольные вопросы
1. Что такое конденсатор?
2. Что понимают под электрическим полем?
3. Почему при включении электролитического конденсатора в цепь необходимо учитывать его полярность?
4. Как будет влиять на время заряда и разряда конденсатора изменение напряжения источника, изменение сопротивления резистора?
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ИСТОЧНИКА ТОКА
Цель работы: совершенствовать навыки сборки электроцепей; определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.
Оборудование, средства измерения: источник тока, реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.
Теоретическое обоснование
Каждый источник тока характеризуется работой действующих в нем сторонних сил по перемещению единицы положительного заряда, т.е. определенной ЭДС.
Из формулы закона Ома для замкнутой цепи вытекает:
Е = I(R+r).
Если R>>r, то внутренним сопротивлением источника можно пренебречь, и тогда
Е = IR.
Но из закона Ома для участка цепи известно, что IR – напряжение на участке цепи, следовательно, измерив вольтметром ЭДС источника, измеряют и напряжение на концах внешней цепи. Чем больше сопротивление внешней цепи по сравнению с внутренним сопротивлением источника тока, тем точнее можно измерить ЭДС. Результаты будут самые точные, если сопротивление внешней цепи будет бесконечно велико, т.е. если цепь будет разорвана. Следовательно, ЭДС равна напряжению между полюсами источника тока при разомкнутой цепи. Этот вывод и используется при выполнении данной работы.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомьтесь с измерительными приборами и определите цену деления шкалы амперметра и вольтметра.
2. Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.1.
3. После проверки схемы преподавателем замкните цепь и, пользуясь реостатом, установите в цепи силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра.
4. Снимите показания амперметра и вольтметра. Цепь разомкните.
I = ; U = ;
5. Вновь замкните цепь и, изменяя сопротивление цепи при помощи реостата, получите новые показания амперметра и вольтметра. Цепь разомкните.
I = ; U = ;
6. Вычислите ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, пользуясь соотношением Е = IR+Ir = U+Ir, где R – внешнее, r – внутреннее сопротивление источника.
7. Опыт повторите три раза, вычислите Е и r для каждого случая:
Е1 = ; r1 = ;
Е2 = ; r2 = ;
Е3 = ; r3 = ;
8. Определите среднее значение ЭДС и внутреннего сопротивления источника электрического тока.
Еср =
rср =
9. Измерьте напряжение на зажимах источника тока при разомкнутой внешней цепи.
U =
10. Сравните показание вольтметра с ЭДС, вычисленной по результатам измерений.
11. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.
r
 |  | ||||
 | |||||
A V
 |
R
Рис.1
Таблица
| № п/п | I, A | U, B | E, B | Eср, B | r, Ом | rср, Ом | Относительная погрешность
|
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 |
δ =
Вывод:
Контрольные вопросы
1. Что такое электродвижущая сила?
2. Какие условия необходимы для существования тока в цепи?
3. Будет ли зависеть результат измерения вольтметром напряжения на зажимах источника при разомкнутой внешней цепи от внутреннего сопротивления вольтметра?
4. Во сколько раз уменьшится сила тока в цепи, если проводник сопротивлением R заменить проводником сопротивлением 3R? ЭДС источника равна Е, а его внутреннее сопротивление r = R.
|
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ,
ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЛАМПОЙ НАКАЛИВАНИЯ ОТ
НАПРЯЖЕНИЯ НА ЕЕ ЗАЖИМАХ
Цель работы: совершенствовать навыки сборки электроцепей; исследовать зависимость мощности от напряжения, построить график этой зависимости.
Оборудование, средства измерения: амперметр, вольтметр, омметр, реостат, источник тока, лампа, ключ, соединительные провода.
Теоретическое обоснование
Мощность тока равна отношению работы тока за время Δt к этому интервалу времени. На большинстве приборов указана потребляемая ими мощность.
Порядок выполнения работы
1. Определите цену деления шкалы измерительных приборов.
2. Омметром измерьте сопротивление нити лампы при комнатной температуре.
3. Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.1, соблюдая полярность приборов.
4. После проверки схемы преподавателем цепь замкните.
5. С помощью реостата установите наименьшее значение напряжения. Снимите показания измерительных приборов.
А
V
36 B
 |
Рис.1
6. Постепенно выводя реостат, снимите 8 – 10 раз показания амперметра и вольтметра.
7. Для каждого значения напряжения определите мощность Р = IU, потребляемую лампой; сопротивление нити накалаRT = U/R и температуру ее накала Т = (RT-R0)/(R0α).
Р1 = ; Р2 = ; Р3 = ;
Р4 = ; Р5 = ; Р6 = ;
Р7 = ; Р8 = ; Р9 = ;
RT1 = ; RT2 = ; RT3 = ;
RT4 = ; RT5 = ; RT6 = ;
RT7 = ; RT8 = ; RT9 = ;
T1 = ; T2 = ; T3 = ;
T4 = ; T5 = ; T6 = ;
T7 = ; T8 = ; T9 = ;
Учитывая небольшую погрешность, сопротивление лампы при комнатной температуре примите за R0. Температурный коэффициент сопротивления вольфрама равен: α = 0,0050 К-1
8. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.
Таблица
| № п/п | Напряжение на лампе U, B | Сила тока I, A | Мощность, потребляемая лампой, Р, Вт | Сопротивление лампы R, Oм | Температура накала Т, К |
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| 4 | |||||
| 5 | |||||
| 6 | |||||
| 7 | |||||
| 8 | |||||
| 9 |
9. Постройте график зависимости мощности, потребляемой лампой, от напряжения на ее зажимах. По оси ординат отложите мощность в ваттах, по оси абсцисс – напряжение в вольтах.
 |
10. Сделайте вывод о характере зависимости потребляемой мощности от напряжения.
Вывод:
Контрольные вопросы
1. Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи?
2. Какие способы определения мощности тока вам известны?
3. При каком условии можно получить максимальную мощность от источника, если ЭДС источника и его внутреннее сопротивление постоянны?
4. Лампы, 200-ваттная и 60-ваттная, рассчитаны на одно напряжение. Сопротивление какой лампы больше и во сколько раз?
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО
ЭКВИВАЛЕНТТА МЕДИ
Цель работы: освоить методику определения электрохимического эквивалента меди.
Оборудование, средства измерения: весы с гирями, часы, электрическая плитка, источник тока, реостат, ключ, электроды медные, раствор медного купороса, соединительные провода.
Теоретическое обоснование
Распад молекул на ионы под действием растворителя называют электролитической диссоциацией. Число, показывающее, какую часть всех молекул растворенного вещества составляют молекулы, распавшиеся на ионы, называется степенью диссоциации.
Жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы, называют электролитом.
Прохождение электрического тока через электролиты, сопровождающееся химическими превращениями вещества и выделением его на электродах, называется электролизом.
Ток в электролите подчиняется закону Ома, то есть изменяется прямо пропорционально напряжению. При нагревании электролитов уменьшается их вязкость и в них возрастает подвижность ионов. Кроме того, при нагревании электролита возрастает степень диссоциации молекул растворенного вещества, то есть увеличивается количество носителей тока в электролите. Это означает, что сопротивление электролитов при нагревании уменьшается.
Порядок выполнения работы
1. Тщательно взвесьте электрод, который будет служить катодом.
m1 = кг.
2. Соберите цепь по схеме, изображенной на рис.1, соединив последовательно батарею, источник тока, амперметр, реостат, сосуд, в который погружены электроды, ключ.
3. Замкните ключ, заметив время начала опыта.
4. Поддерживая с помощью реостата постоянную силу тока, произведите в течении 20 мин. электролиз раствора.
5. Выключите ток, выньте и обмойте электрод водой, затем обсушите над электроплиткой. Снова тщательно взвесьте катодную пластинку.
m2 = кг.
6. Используя закон Фарадея для электролиза, определите электрохимический эквивалент меди.
К = кг/Кл.
7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
Таблица
| № п/п | m, кг | I, A | Δt, c | К, кг/Кл |
А
 |  | ||
Рис.1
Контрольные вопросы
1. Почему молекулы соли, кислоты и щелочи в воде распадаются на ионы?
2. Почему с повышением температуры сопротивление электролита уменьшается?
3. Будет ли происходить электролитическая диссоциация в условиях космического полета?
4. При каких условиях концентрация электролита в процессе электролиза остается постоянной? Меняется?
5. Как следует поступить, если по ошибке при выполнении опыта взвешенная пластинка была соединена с положительным полюсом источника тока?
|
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Цель работы: совершествовать навыки сборки электроцепей, построить вольт-амперную характеристику диода, определить коэффициент усиления транзистора.
Оборудование, средства измерения: источник электрической энергии, миллиамперметр, микроамперметр на 100 – 200 мА, диод Д2, транзистор ПI3, резисторы (постоянное сопротивление) 1 и 5 кОм, потенциометр 1,2 Мом, провода соединительные, ключ, вольтметр на 4 В, доска монтажная, миллиметровая бумага.
Теоретическое обоснование
Полупроводники характеризуются отличной от проводников проводимостью: собственной, дырочной (р-типа) и электронной (n-типа). Если в монокристалл полупроводника, (например, германия) обладающего проводимостью n-типа, впаять каплю полупроводника (например, индия) с проводимостью р-типа, то в области, примыкающей к месту контакта полупроводников, образуется запирающий слой (р-n-переход), который хорошо проводит
