Закон Ома для неодноодного участка цепи

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебниках: 1. Трофимова Т.И. Курс физики. Гл. 12, §100. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Гл. 19, §19.1. Запустите программу «Электричество и магнетизм». Выберите: «Цепи постоянного тока». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

· Знакомство с компьютерным моделированием цепей постоянного тока.

· Экспериментальное подтверждение закона Ома для неоднородного участка цепи.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ (СИЛЫ) ТОКА .

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ: величина (сила) тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике , где R - сопротивление проводника.

РЕЗИСТОРОМ называется устройство, обладающее заданным постоянным сопротивлением.

РЕОСТАТОМ называется переменное сопротивление.

НАПРЯЖЕНИЕМ НА УЧАСТКЕ ЦЕПИ 1-2 называется физическая величина, определяемая выражением

U₁₂ = j₁-j₂+E₁₂.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ:

, где j₁ и j₂ - потенциалы концов участка, Е₁₂ - э.д.с., действующая на данном участке цепи.

Применяя закон Ома для неоднородного участка цепи, необходимо помнить о правиле выбора знаков: произведение IR следует брать со знаком «+», если направление обхода совпадает с направлением тока на этом участке, э.д.с. Е₁₂ будет иметь знак «+», если её направление (от минуса к плюсу) совпадает с направлением обхода. При этом надо иметь в виду, что вольтметр, подключённый к концам любого участка цепи, будет показывать разность потенциалов между точками подключения прибора, а направление отклонения стрелки прибора будет определяться параметрами внешней цепи.

Таким образом, закон Ома для полной цепи можно записать в виде

(1)

Из формулы (1) видно, что при I = 0 вольтметр покажет э.д.с. источника, включённого в данный участок цепи.

 

 

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:

В данной лабораторной работе изучается модель электрической цепи, содержащей на одном из своих участков источник электродвижущей силы (э.д.с.). На этом участке, в зависимости от соотношений между параметрами цепи, разность потенциалов между его крайними точками может менять знак, переходя через 0.

ИЗМЕРЕНИЯ:

Соберите на экране опыта замкнутую цепь, показанную на рис.1.

 

 

Рис.1.

Для этого сначала щелкните левой кнопкой мыши на кнопке э.д.с. в нижней части экрана. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Щелкните левой кнопкой мыши в рабочей части экрана, где должен быть расположен источник э.д.с.

Разместите далее последовательно с источником резисторы, выполняющие функции его внутреннего сопротивления r и сопротивления неоднородного участка R₁ (нажав предварительно кнопку в нижней части экрана), и амперметр (кнопка там же). Затем расположите резистор нагрузки (реостат) и последовательно соединенный с ним амперметр. Над участком цепи расположите вольтметр , измеряющий разность потенциалов на этом неоднородном участке цепи.

Соедините все указанные приборы в замкнутую цепь. Для этого нажмите кнопку соединительного провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щелкайте левой кнопкой мыши в необходимых местах рабочей зоны и сформируйте замкнутую цепь, показанную на рис. 1.

Установите заданные значения параметров для каждого прибора цепи. Для этого щелкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой . Затем щелкните на данном приборе. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, установите значения R₁, r, E, которые указаны в таблице 1 для вашей бригады.

Установите сопротивление реостата R = 1 Ом. Измерьте значения тока и разности потенциалов (щелкнув мышью по кнопке «Счет») и запишите их в таблицу 2.

Увеличивая сопротивление реостата R каждый раз на 1Ом, повторите измерения силы тока и разности потенциалов по п.5 и заполните таблицу 2.

Включите в схему второй источник питания, как показано на рис.2, и установите значение Е₂, соответствующее номеру вашей бригады.

Проведите на второй схеме все измерения п.п. 5,6.

 

 

Рис.2

Таблица 1. Значения э.д.с. (E₁и Е₂), внутреннего сопротивления

источника (r) и R₁

 

Бригада
E1, В	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0
Е2,В	-2,5	-3,5	-4,0	-3,5	-3,0	-4,5	-5,0	-5,5
r, Ом	1,0	1,2	`1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4
R1, Ом	8,0	7,5	7,0	6,5	8,5	9,0	9,5	10,0

 

Таблица 2. Результаты измерений

 

Номер измерения	E1=___ R1 =__ r =___	E1=__ E2=__ R1 =__ r =__
R Ом	U В	I А	R Ом	U В	I А
…

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА:

На одном графике покажите зависимость показаний вольтметра (ось ординат) от силы тока для первой и второй схем (ось абсцисс).

Экстраполируя оба графика до пересечения с осью ординат, определите по формуле (1) экспериментально установленное значение э.д.с. (Е₁) источника тока, включённого в неоднородный участок цепи, и сравните его с установочным значением.

По тангенсу наклона прямой к оси I определите полное сопротивление участка для двух схем и сравните его значение с установочным.

Рассчитайте погрешности измерений и запишите окончательный результат.

 

Вопросы и задания для самоконтроля

 

1.Дайте определения понятий: разность потенциалов, э.д.с. источника тока, напряжение на участке цепи.

2.Что называется сторонней силой? Какова её природа?

3.Укажите правильное выражение закона Ома для неоднородного участка цепи, показанного на рисунке:

1 2 j₁ - j₂ = 2В

R Е = 6В

1) IR = (j₁-j₂) +E; 2) IR = (j₁-j₂) - E; 3) IR = E -(j₁-j₂); 4) IR = E;

= (j₁-j₂).

 

 

4.Выведите Закон Ома в дифференциальной форме.

5.Что называется удельным сопротивлением проводника? От чего оно зависит?

6.Сформулируйте правила Кирхгофа для разветвлённых цепей.

7.Выведите формулы сопротивлений батарей последовательно и параллельно соединённых резисторов.

8.Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

9.Объясните принцип действия экспериментальной установки. В чём принципиальная разница первого и второго варианта схем?

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7