Электричество. Электричество лаб. Методические указания к лабораторным работам по физике для студентов иэм технических специальностей всех форм обучения
 Скачать 2.69 Mb.
|
|
Лабораторная работа 6 Измерение электродвижущей силы источника тока методом компенсации
Источники тока служат для поддержания электрического тока в цепи. Их основной характеристикой является электродвижущая сила. Электродвижущая сила (ЭДС) источника тока (В) численно равна работе, совершаемой сторонними силами (силами неэлектрического происхождения) по перемещению заряда +1 Кл по электрической цепи. Э K1 ДС можно измерить вольтметром, подключив его к зажимам источника тока. При этом закон Ома для замкнутой цепи можно записать в виде: U = – Ir, где U — напряжение на полюсах источника тока; I — сила тока в цепи; r — внутреннее сопротивление источника тока. Из этого выражения видно, что измеренное вольтметром напряжение меньше реального значения ЭДС. Если сопротивление вольтметра велико, то падение напряжения внутри источника тока мало, и тогда измеренное напряжение близко к значению ЭДС. Напряжение будет точно совпадать со значением ЭДС только в случае, когда сила тока в электрической цепи равна нулю. Это условие положено в основу измерения ЭДС методом компенсации. При измерении ЭДС данным методом два источника тока подсоединяются друг к другу одноименными полюсами (рис. 1). При этом токи первого и второго источников направлены навстречу друг другу. При равенстве токов стрелка гальванометра не будет отклоняться.
В лабораторной установке (рис. 2) измеряется ЭДС источника тока, внутреннее сопротивление которого, искусственно увеличено добавочным сопротивлением r. К нему подключен другой источник тока, напряжение на выходе которого регулируется потенциометром R. При равенстве нулю тока, проходящего через гальванометр G, вольтметр V показывает напряжение, равное значению ЭДС.
Порядок выполнения работы Задание 1. Измерение ЭДС вольтметром Получить допуск у преподавателя. Подключить вольтметр V к источнику тока. Перевести ключ K1 в положение 2. Ключ K2 разомкнуть. Определить значение ЭДС при r R. Для этого, перемещая движок реостата r, установить минимальное внутреннее сопротивление источника тока. Показание вольтметра при этом будет максимальным. Записать значение ЭДС в таблицу. Определить значение ЭДС источника тока при r R. Для этого, перемещая движок реостата r, установить максимальное значение внутреннего сопротивления источника тока. Записать значение ЭДС в таблицу.
Представить результаты измерений в виде: = ; = …% (см. введение). = ; = Задание 2. Измерение ЭДС методом компенсации Установить движок реостата Rв среднее положение. Замкнуть ключ K2. Перевести ключ K1 в положение 1. Перемещая движок реостата R, добиться нулевого показания гальванометра G. Занести показания вольтметра в таблицу. Установить минимальное значение сопротивления r. Занести показания вольтметра в таблицу. Рассчитать абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС (см. введение). Представить результаты измерений в виде: = ; = …% = ; = Сравните результаты измерений ЭДС вольтметром и методом компенсации. Объясните их различие. Контрольные вопросы Дайте определение ЭДС источника тока. Единицы измерения в СИ. Сформулируйте закон Ома для полной цепи. В чем заключается метод измерения ЭДС вольтметром? В чем заключается компенсационный метод измерения ЭДС? Почему измерения ЭДС методом компенсации является более точным, чем при подключении вольтметра? Лабораторная работа 7 Изучение трехэлектродной лампы
Трехэлектродная лампа (триод) представляет собой вакуумированный баллон, в котором помещены три электрода. Источником электронов в триоде является катод в виде тонкой металлической трубки, внутри которой проходит нить накала. Анодом служит полый металлический цилиндр, расположенный соосно с катодом. Между катодом и анодом находится третий электрод — сетка, имеющая вид металлической спирали, закрученной вокруг катода. При прохождении тока через нить накала происходит нагревание катода, при этом часть электронов выходит с его поверхности за счет теплового движения. Явление испускания (эмиссии) электронов металлом при его нагревании называют термоэлектронной эмиссией. Вылетевшие с катода электроны образуют электронное облако, а сам катод заряжается положительно. В результате, вокруг катода возникает электростатическое поле, которое препятствует дальнейшему увеличению количества испускаемых электронов. Если на анод подать положительное относительно катода напряжение, то вылетевшие из катода электроны будут двигаться к аноду. В результате в триоде возникает электрический ток, который называют анодным током. Зависимость силы анодного тока Ia от анодного напряжения Ua является нелинейной (рис. 1).
Сначала анодный ток быстро возрастает. Затем анодная характеристика становится все более пологой и, наконец, наступает состояние «насыщения», когда увеличение анодного напряжения не влияет на величину анодного тока. Явление насыщения объясняется тем, что все электроны, испускаемые катодом, достигают поверхности анода. Когда анодный ток далек от насыщения, его величину можно регулировать с помощью сетки. Если на сетку подать положительный относительно катода потенциал, то анодный ток увеличится. Если же подать отрицательный относительно катода потенциал — ток уменьшится. Таким образом, анодный ток является функцией анодного и сеточного напряжения. Коэффициент усиления триода показывает, во сколько раз сильнее меняется анодный ток при изменения сеточного напряжения, чем при таком же по величине изменения анодного напряжения: = Ua/Uc, Ia= const. (1) Так как сетка расположена к катоду ближе, чем анод, то 1. Принципиальная схема установки изображена на рис. 2.
где A — анод; С — сетка; К — катод; Н — накал; П — переключатель; Va, Vc — вольтметры для измерения анодного и сеточного напряжения; mA — миллиамперметр. Порядок выполнения работы Задание 1. Изучение зависимости анодного тока от анодного напряжения. Подать на сетку триода напряжение, заданное преподавателем (в пределах от – 10 до + 10 В). Знак напряжения на сетке определяется положением переключателя. Изменяя анодное напряжение от 0 до 200 В, снять показания миллиамперметра. Занести данные в таблицу.
Построить анодную характеристику Ia = f(Ua). Задание 2. Изучение зависимости анодного тока от величины сеточного напряжения. Установить по заданию по заданию преподавателя анодное напряжение в пределах от 60 до 160 В. Изменяя сеточное напряжение от – 20 до + 20 В с шагом 2 В, снять показания миллиамперметра. Занести данные в таблицу. Установить другое анодное напряжение. Проделать задания п. 2. Занести данные в таблицу.
Построить в одной системе координат две сеточные характеристики Ia = f(Uс). Задание 3. Определение коэффициента усиления триода. На построенных в задании 2 сеточных характеристиках триода выбрать значения анодного тока, далекое от области насыщения. Записать в таблицу значения Uс1 и Uс2, соответствующие этому току.
Найти изменение сеточного напряжения: Uc = Uc2 – Uc1. По формуле 1 рассчитать значение коэффициента усиления. 1 = Ua/Uc = 2 = Ua/Uc = 3 = Ua/Uc = Найти среднее значение коэффициента усиления: ср = (1 + 2 + 3)/3. Определить абсолютную погрешность: i = i – ср , где i = 1, 2, 3. Определить среднее значение абсолютной погрешности: ср = (1 + 2 + 3)/3. Определить относительную погрешность: = ср/ср. Результаты представьте в виде: = ср ср; = …%. Контрольные вопросы Объясните устройство и принцип работы триода. В чем заключается явление термоэлектронной эмиссии? Что такое анодная и сеточная характеристика триода? Что такое коэффициент усиления триода? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
