ОБЩАЯ ФИЗИКА МАГНИТИЗМ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО (С.П. Степина, Н.Б. Бутко - Лабораторный практикум по курсу Общая физика. Электричество и магнетизм (исправленное издание 2018)), страница 4

~Ус ( Рис. 13. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени разрядки конденсатора 30 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ИЗУЧЕНИЕ ГАЛЬВАНОМЕТРА В КАЧЕСТВЕ ВОЛЬТМЕТРА И АМПЕРМЕТРА на К Цель работы: использование гальванометра в качестве амперметра и вольтметра, подбор шунтов и определение чувствительности гальванометра.

Оборудование: гальванометр, соединительные провода, источник питания, магазин сопротивлений. Краткаятеория Для измерения тока используют амперметры, которые включаются в электрическую цепь последовательно, а для измерения напряжения (разности потенциалов) — вольтметры, включаемые параллельно исследуемому участку цепи. Несмотря на то что амперметры и вольтметры измеряют различные величины и по-разному включаются в цепь, принципиальной разницы в их устройстве нет; в большинстве приборов отклонение подвижной части обусловлено прохождением электрического тока.

Один и тот же прибор может, такзви образом, применяться в качестве амперметра или в качестве вольтметра, в зависимости от того, как отградуирована его шкала: в единицах напряжения или в единицах тока. Различие в способах включения амперметров и вольтметров в электрическую цепь приводит, однако, к совершенно различным требованиям, которым должно удовлетворять внутреннее сопротивление этих приборов.

Включение измерительного прибора в цепь всегда вызывает некоторое перераспределение токов и напряжений в исследуемой схеме. Желательно, конечно, чтобы это перераспределение 31 было по возможности незначительным. Сопротивление амперметра должно быть малым (по сравнению с сопротивлением цепи), а сопротивление вольтметра, наоборот, желательно иметь очень большим.

Различие в сопротивлениях амперметров.и вольтметров достигается обычно не путем изменения конструкции гальванометров (она, как правило, одна и та же), а путем подбора к ним дополнительных сопротивлений или шунтов. В готовых приборах эти шунты и сопротивления находятся внутри корпуса. В предлагаемой работе выбор и включение шунтов и дополнительных сопротивлений проводится самим студентом. Для того чтобы гальванометр с определенным (обычно немалым) внутренним сопротивлением можно было использовать в качестве амперметра, к нему параллельно подключают малое сопротивление — шунт, как зто изображено на рис. 1, а чтобы использовать его в качестве вольтметра, последовательно к гальванометру подключают большое дополнительное сопротивление (рис. 2).

Рис. П Схема подключения ьчуята к гальванометру Рнс. 2. Схема подключения дополнительного сопротивления к гальваиометру 32 Порядок выполнения работы Упражнение 1. Определение внутреннего сопротивления гальванометра. 1. Соберите схему-, представленную на рис. 3. Рис. 3. Схема для определения сопротивления гальванометра 2. Переменное сопротивление В и переменное сопротивление В должны быть выставлены максимальными.

3. Постепенно уменьшая величину переменного сопротивления Н, добейтесь отклонения, стрелки гальванометра на всю шкалу. 4. Уменьшайте значение. Нш до тех пор, пока стрелка гальванометра отклонится на половину шкалы. 5. Показания сопротивления Вш в этом случае соответствуют величине внутреннего сопротивления гальванометра нг. Ответ представить в виде (Вг+Ьйг) Ом, Е =' % считая ЬВг приборной ошибкой.

' 33 Упражнение 2, Изучение работы галъванометра в качестве вольпьметра Для измерений используется схема, изображенная на рис. 4. Реостат Я (на 600 Ом) включается в цепь в качестве делителя напряжения (потенциометра). При этом напряжение источника питания включается на полное его сопротивление (на клеммы 1, 2), а измеряемое напряжение снимается с части реостата г. Напряжение, возникающее на сопротивлении г, измеряется эталонным вольтметром У„а затем изучаемым гальванометром 6, снабженным дополнительным сопротивлением 1сде (магазин сопротивлений МСР-58, имеющий переключатель с множителем 0.01). Ряс.

4. Схема для язучеиия работы гальваяометра в качестве вольтметра Выбор величины Нд, составляет первую задачу. Этот выбор зависит, очевидно, от максимального напряжения, которое должно измеряться гальванометром (рекомендуется подобрать Лдс так, чтобы производить измерения напряжения до 1 В, до 2 В, до 3 В). Нужно соблюдать осторожность в работе. При неосторожном включении прибор нетрудно пер ежечь.

Рекомендуется следующий порядок работы. 1. Собрать схему (рис. 4), не подключая к ней источник ЭДС. 2. Магазин сопротивлений включить на максималь- . ное сопротивление, повернув до максимальных значений все ; рукоятки, 3. Переместить движок к клемме; в этом случае ' снимаемое с потенциометра напряжение минимально. 4. После проверки схемы преподавателем присоеди: нить источник ЭДС. 5.

Плавно перемещать движок потенциометра до тех -:.пор, пока показание эталонного вольтметра станет равно за:;: данному (1 В, 2 В, 3 В), 6. Постепенно уменьшать Вд, до тех пор, пока -' стрелка гальванометра не отклонится на всю шкалу. Это зна- чение Лд„соответствующее максимальному отклонению, и - есть искомое добавочное сопротивление. 7. При одном из выбранных Яд, проверить линей"-' ность шкалы гальванометра.

Для этого измеряемое напряже; ние У, изменяется перемещением движка. Показания гальва', нометра сравнить с показаниями эталонного вольтметра. Ре„зультаты опыта представить в виде графика, на котором по оси абсцисс отложить показания гальванометра, а по оси ординат показания эталонного вольтметра У,. Таблица 2 35 8. Вычислить добавочное сопротивление Ндс по формуле (1). Для этого использовать показания эталонного вольтметра У,, значения сопротивления гальванометра Яг и Уи — значение напряжения, указанного на гальванометре.

(Уи соответствует напряжению на гальванометре при отклонении стрелки на всю шкалу.) Результаты занести в табл. 1. Легко видеть, что иг Нг идс Ндс Я = — = — В. и„,а„и;и„ д и и г. Рис. 5. Схема изучеиии работы гальваиометра в качестве амперметра 36 Упражнение 3. Изучение работы галъванометра в качестве амперметра. Собрать схему (рис. 5), не подключая к ней сначала источник ЗДС. Реостат Х используется в этом случае для изменения тока и включается в цепь последовательно. Ток 1 в цепи измеряется эталонным миллиамперметром тА и гальванометром б с шунтом Я . В качестве шунта гальванометра й используется магазин сопротивлений, который имеет переключатель с множителем "0,1".

Подключать гальванометр к клеммам магазина сопротивлений нужно в следующем порядке (чтобы не пережечь гальванометр): 1. Включить реостат Я на максимальное сопротивле- ние. 2. Сопротивление шунта выбрать минимальным, Для этого все ручки магазина сопротивлений установить на ноль. 3. После проверки схемы преподавателем присоединить источник ЭДС. 4. Плавно уменьшая сопротивление реостата К, установить требуемую величину тока (до 25 шА, до 50 пзА, до 75 пзА). 5. Постепенно увеличить сопротивление магазина, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на всю шкалу.

Это сопротивление магазина и есть искомое сопротивление шунта В,„. 6. Проверить линейность шкалы гальванометра, плавно уменьшая ток в цепи с помощью реостата и одновременно отмечая показания эталонного амперметра. Результаты представить в виде графика (аналогично графику из упр. 1). Табли а 4 37 й = — й 1 ши1г~ (2) где п называется множителем шунта и определяется форму- лой ~так ~г (3) где 7„= — ". к 8. Определить чувствительность гальванометра в делениях на миллиамперметр (дел/ша) для трех пределов измерений (25 тА, 50 тА, 75 шА), Таблица 5 При подборе шунтов и дополнительных сопротивлений к гальванометру нх выбор определяется заданием максимального измеряемого напряжения или тока. Это не значит, конечно, что полученный амперметр или вольтметр окажется хорошим прибором для всех случаев измерения тока или напряжения: его включение в исследуемую цепь мо'- жет вызвать в ней заметное перераспределение напряжений и токов.

Поэтому в зависимости от требований к точности измерений на практике подбирают приборы, наиболее удовлетворяющие требованиям конкретной схемы. 38 7. Вычислить величину сопротивления шунтов по формуле (2), используя найденное в упр. 1 значение внутреннего сопротивления гальванометра Л„, значение тока 1, и значение напряжения, соответствующего максимальному отклонению стрелки 'гальванометра У„. ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА4 ИЗМЕРЕНИЕСОПРОТИВЛЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ МОСТА УИТСТОНА Цель работы: ознакомление с классическим методом измерения сопротивлений при помощи моста постоянного тока (моста Уитстона).

Оборудование: источник питания, гальванометр, ключ, реохорд, магазин сопротивлений, неизвестные сопротивления, мост Р-ЗЗЗ. Краткаятеория Мост Уитстона состоит из четырех сопротивлений )?„, ??с, ??1 и )?з, образующих замкнутый четырехугольник. В одну из его диагоналей включен чувствительный гальванометр 6, в другую — источник электродвижущей силы Я (рис. ) ). Величина тока, протекающего через гальванометр, зависит от сопротивлений ??, ??с, ??1 и ??з. При одном определенном соотношении между этими сопротивлениями ток через гальванометр равен нулю. В этом случае мост называется уравновешенным. Процесс измерений на мостовой схеме заключается в уравновешивании моста. Соотношение, позволяющее определить неизвестное сопротивление Л, легко получить из следующих соображений.

Бели ток через гальванометр равен нулю, то разность потенциалов между точками С?З также равна нулю, а следовательно, разности потенциалов ??АС ??АВ ~ ??св = ??вв. 39 Рис. 1. Схема моста Уитстоиа через 1„а в $ ( Обозначим ток в сопротивлениях Ях и )1о сопротивлениях Л1 и Й2 через 12. Согласно равенствам (1) ~1Вх ~2~1~ ~1йо 12й2' Отсюда находим искомое соотношение вх ио. х ' (2) 40 В принципе измерение сопротивления 21 возможно при любом Во. Однако исследование относительной погрешности измерения показывает, что наименьшая погрешность получается при Ко, близком к измеряемому сопротивлению йх.