Описание 3. Описание работы 3.1. 1 знакомство с простейшими электрическими схемами и приобретение навыков работы с электроизмерительными приборами
 Скачать 179.32 Kb.
|
|
Лабораторная работа 3.1 Изучение закона Ома Цель работы: 1) знакомство с простейшими электрическими схемами и приобретение навыков работы с электроизмерительными приборами;2) экспериментальная проверка закона Ома для участка электрической цепи. Введение Электроизмерительные приборы — амперметры и вольтметры — включаются в электрическую цепь для измерения силы тока и разности потенциалов на отдельных её участках. В зависимости от градуировки шкалы электроизмерительный прибор может выполнять функции амперметра или вольтметра. Для обозначения функциональных особенностей прибора на его панели указаны стандартные символы: А – амперметр, V – вольтметр. Классом точности средства измерения называется его характеристика, которая служит показателем установления для него государственным стандартом пределов погрешностей и других параметров, влияющих на точность. Многие электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры, ваттметры и др.) нормируются по приведённой погрешности, т. е. погрешности, выраженной в процентах от верхнего предела измерений (у многопредельных приборов — от верхнего предела на соответствующем диапазоне) или от длины шкалы. Применяются следующие классы точности таких приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Обозначение класса точности прибора записывается на его шкале в виде соответствующих цифр (не заключённых в кружок). Общая формула для расчёта максимальной абсолютной погрешности такого прибора имеет вид  , (1)где K — класс точности прибора, Amax — верхний предел измерений прибора (либо данного его диапазона). Относительная погрешность измеряемой величины равна  , (2)где ΔA — абсолютная погрешность прибора, A — среднее значение измеряемой величины. ПРИМЕР Вольтметр имеет класс точности 1,0, предельное значение U = 3 В. Тогда его абсолютная погрешность  В.Если этим вольтметром измерить два значения разности потенциалов: U1 = 0,5 В и U2 = 2,5 В, то относительные погрешности в долях единиц будут равны  и  . Или в процентах: 6% и 1,2%, соответственно.Если прибор многопредельный, то абсолютную погрешность необходимо определять для каждого предела измерений. Абсолютная погрешность одинакова по всей шкале данного прибора (или его диапазона), а относительная погрешность зависит от значения измеряемой величины и будет тем больше, чем эта величина меньше. Поэтому при работе с многопредельным стрелочным прибором следует выбирать предел измерения так, чтобы относительная погрешность была минимальной (т. е. показание прибора должно быть во второй половине шкалы). В лабораторном практикуме кафедры используется следующая форма таблицы спецификации электроизмерительных приборов (таблица 1.1). Таблица 1.1 Таблица спецификации электроизмерительных приборов
В данной лабораторной работе используется три прибора: вольтметр, миллиамперметр и магазин сопротивлений. Соответственно, таблица должна содержать три строки. При использовании многопредельных приборов необходимо указывать в таблице значения всех пределов, а также цену деления шкалы для каждого предела. Цена деления прибора равна значению измеряемой величины, соответствующей одному минимальному делению шкалы. Пределы измерения прибора должны быть указаны в делениях и в единицах измеряемой величины. ПРИМЕР Многопредельный амперметр имеет пределы измерения силы тока 1 А и 2 А и число делений шкалы 100. Цена деления соответственно равна  и  .Виртуальный практикум можно скачать по ссылке: https://drive.google.com/file/d/1zjuJLSb_KxULhRpgffZQKlUtak59z9Cm/view?usp=sharing В виртуальном практикуме перед началом выполнения работы осуществляется выбор лабораторной установки. Вид диалогового окна показан на рисунке 1.1. Распределение по вариантам и соответствующие рекомендованные значения R0 и U0 см. в таблице 1.4 в конце описания.  Рисунок 1.1. Внешний вид диалогового окна выбора установки Описание установки и метода измерений
Рисунок 1.2. Схема экспериментальной установки Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.2. Источником питания в установке служит переменное (сетевое) напряжение. Выпрямитель В, входящий в состав блока питания БП, преобразует это напряжение в постоянное. Экспериментальная установка содержит потенциометр для плавного регулирования разности потенциалов на внешнем участке цепи. Потенциометр П представляет собой реостат со скользящим контактом, позволяющим изменять вводимое в электрическую цепь сопротивление. Перемещая ползун потенциометра (точка B) на расстояние x от одного из контактов на концах потенциометра (точка A), изменяют напряжение на участке цепи AB, измеряемое вольтметром. При таком включении разность потенциалов может изменяться от нуля до максимального значения, задаваемого выпрямителем. В данной работе перемещение движка потенциометра осуществляется с помощью стрелок  на панели блока питания (см. рис. 1.3).  Рисунок 1.3 – Внешний вид экспериментальной установки Исследуемый участок цепи состоит из последовательно соединенных ключа K, миллиамперметра А и магазина сопротивлений R (сопротивление миллиамперметра и подводящих проводов пренебрежимо малы). В соответствии с законом Ома для участка цепи ARB:  , (3)здесь  – регулируемая разность потенциалов, тогда . (4)Если, не меняя напряжения, измерять силу тока при различных значениях сопротивления, то, согласно (3), напряжение Uбудет коэффициентом пропорциональности между током Iи величиной 1/R:  .Таким образом, график зависимости I(1/R) должен представлять собой прямую, проходящую через начало координат. Значение напряжения можно найти как тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс  . (5)Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений Часть 1. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТОКА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ Ознакомьтесь с электроизмерительными приборами. Определите класс точности вольтметра KV и миллиамперметра KА, а также их пределы измерения Umax иImax. Запишите данные величины, а также цену деления приборов, в таблицу спецификации измерительных приборов. Ознакомьтесь с магазином сопротивлений. Определите его класс точности KM и запишите эту величину в таблицу спецификации. Вращением соответствующих ручек (ручку «1000» не трогать!) установите рекомендуемое значение сопротивления R0 (в пределах от 1000 Ом до 1500 Ом, см. табл 1.4) и также запишите его в отчёт. Ознакомьтесь со схемой установки. Убедитесь, что ключ K разомкнут. Включите в сеть блок питания (кнопка «Сеть» на панели БП) и замкните ключ К. Вращением ручки потенциометра (стрелки на панели БП) установите начальное значение напряжения U = 3 В. Со шкалы миллиамперметра снимите значение силы тока I. Показания вольтметра и миллиамперметра занесите в соответствующие столбцы табл. 1.2. Увеличивая на один вольт значение подаваемого напряжения U, повторите действия, описанные в п. 5, еще четыре раза. Результаты измерений занесите в табл. 1.2. Таблица 1.2 Зависимость силы тока от напряжения R0 = … Ом
Вычислите по формуле (4) и занесите в таблицу значения сопротивления Ri для каждого опыта. Вычислите и занесите в таблицу среднее арифметическое значение сопротивления  .По классу точности и пределу измерения приборов (формула (1)) определите абсолютные погрешности измерения напряжения U и силы тока I. Вычислите относительные погрешности  и  по формуле (2) для верхней и нижней строк таблицы 1.2.Вычислите погрешность измерения сопротивления по формуле  для верхней строки таблицы 1.2.Запишите окончательный результат измерения сопротивления в виде  с учётом правил округления. Сопоставьте экспериментально полученное значение сопротивления  с установленным значением R0.Оцените относительную погрешность  .Вычислите абсолютную приборную ошибку магазина сопротивлений  и оцените его доверительный интервал  . Сравните его с ранее полученным интервалом (п. 12). Сделайте выводы о характере зависимости силы тока от напряжения на однородном участке электрической цепи.Часть 2. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ силы ТОКА ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ 1. С помощью потенциометра установите рекомендуемое значение напряжения U0 (см. табл 1.4). Запишите это значение в отчёт. 2. Установите на магазине сопротивлений начальное значение R=1000Ом. 3. Со шкалы миллиамперметра снимите значение силы тока I. Переведите это значение в амперы. Показания приборов (величины RиI) занесите в табл. 1.3. 4. Увеличивая значение сопротивления магазина с помощью ручки «100» на 100 Ом (стрелки на панели магазина сопротивлений), повторите действия, перечисленные в п. 3, еще семь раз.Таблица 1.3 Зависимость силы тока от сопротивления U0 = … В
5. С помощью потенциометра уменьшите подаваемое напряжение до нуля. Отключите сетевой тумблер (кнопка «Сеть») на панели блока питания. 6. Постройте график зависимости силы тока I от величины 1/Rна миллиметровой бумаге или с помощью компьютерной программы. Сделайте вывод о характере зависимости силы тока от сопротивления участка цепи. 7. Проведите сглаживающую прямую через начало координат таким образом, чтобы экспериментальные точки распределились равномерно сверху и снизу от прямой. Выберите на этой прямой две точки (одной из них может быть начало координат) и по тангенсу угла наклона прямой (формула (5)) рассчитайте значение напряжения Uэ. 8. Сравните экспериментально полученное значение Uэ с ранее записанным показанием вольтметра U0. Оцените их относительное отклонение  .9. Сделайте вывод по проделанной работе. Таблица 1.4 Варианты рекомендуемых значений
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
