МУ-Э-63 (1003808), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Тогда по формуле (15) можно вычислить тепловую мощность в абсолютныхединицах – ваттах.Градуировка состоит в следующем опыте. Через нагреватель калориметра пропускаютток I, измеряют Uк и находят значение к из формулыdQ/dt = к Uк = RI2илик = RI2/Uк,(16)где R = 100 Ом – сопротивление нагревателя калориметра.Для проверки закона Джоуля-Ленца (8) измеряют Uк при различной силе тока I нагревателя, вычисляют по формуле (15) тепловую мощность и строят зависимость dQ/dt от I2. Этазависимость должна быть линейной.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ1.
Электрические схемы установкиЭлектрическая схема калориметра показана на рис. 5. Внутри крошечного калориметрического тела КТ находятся нагреватель Н из нихромовой проволоки сопротивлением 100Ом и терморезистор (термометр) ТР сопротивлением 33 кОм.Терморезистор включен в схему, содержащую четыре плеча из резисторов, источникпитания «ИСТ» и показывающий цифровой вольтметр Р. Эта схема преобразует небольшоеизменение сопротивления ТР при нагревании калориметра в выходное напряжение Uк, пропорциональное тепловой мощности и измеряемое прибором Р.Схема работает следующим образом.
Если ток не проходит через калориметр, в калориметре теплота не выделяется. В этом случае прибор Р должен показывать «нуль». Этогодобиваются вращением ручек «УСТАНОВКА НУЛЯ» (грубо и точно), которыми изменяютсопротивление переменных резисторов R4 и R5 настолько, чтобы потенциалы точек c и dстали одинаковыми (рис.
5).Затем через нагреватель Н пропускают ток, температура калориметра повышается на∆ T, а сопротивление ТР уменьшается на ∆R. Вследствие этого потенциал точки c понижается, а точки d остается неизменным (потенциал отсчитываем от точки b). Поэтому между точками c и d возникает сигнальное напряжение Uк, которое записывают. При небольших ∆ Tнапряжение Uк пропорционально тепловой мощности.На рис. 6 показана упрощенная схема питания нагревателя калориметра. Она имеетисточники постоянного тока ИСТ-1 и переменного тока ИСТ-2. Миллиамперметром «mA» на3 мА измеряют силу постоянного тока.
Переключатель (тумблер) П имеет три положения: 1– постоянный ток, 2 – переменный ток и среднее положение (ноль 0) - ток выключен. Переменным резистором R1 изменяют силу тока. Напряжение на резисторе R2, пропорциональноесиле тока, подается на осциллограф для измерения постоянного тока и амплитуды перемен-7aR3R1R4R5KT cdИСТmAR2РbНТРРис. 5. Электрическая схема калориметра: КТ – калориметрическое телолампы; Н – нагреватель; ТР – терморезистор; Р – регистрирующий прибор; ИСТ – источник постоянного напряжения 9 В.ного тока. Через два разъема схему подключают к нагревателю калориметра и к осциллографу.2.
Выполнение работыЗадание 1. Ознакомление с установкойУстановка показана на рис.7. Калориметрическая лампа 1 находится в камере с прозрачной крышкой. Ручками 2 производится регулировка «УСТАНОВКА НУЛЯ». Цифровойвольтметр 4 показывает выходной сигнал Uк калориметра, называемый «ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ В УСЛОВНЫХ ЕДИНИЦАХ». Кнопочным выключателем 3 подводится батарейноепитание к измерительному прибору.Тумблером 6 на три положения «ПОСТ.
ТОК / ВЫКЛ / ПЕРЕМ. ТОК» выбирают режим измерения. Миллиамперметром 9 измеряют силу постоянного тока; работают с нижнейшкалой 0…30, делению «30» соответствует ток 3 мА. Для изменения тока используется ручка 5 «РЕГУЛИРОВКА ТОКА».К разъему 7 «ВЫХОД НА КАЛОРИМЕТР» подключена нагревательная спираль калориметрической лампы. К разъему 8 «ВЫХОД НА ОСЦИЛЛОГРАФ» подключают входосциллографа для сравнительного измерения амплитуды переменного тока Im и силы постоянного тока I.Источники питания 10 используются для работы измерительной схемы и создания тока через нагреватель калориметра.8ИСТ-1mA1R1K0П2R2НИСТ-2На осциллографРис.
6. Схема питания нагревателя калориметра:ИСТ-1, ИСТ-2 – источники постоянного и переменного тока; П – переключатель токов; К – калориметр; Н – нагреватель; R1 – регулировка тока; R2 – сопротивление, с которого подается напряжение на осциллограф, пропорциональное силе тока.10192876543Рис. 7. Внешний вид установки:1 – калориметрическая лампа; 2 – «УСТАНОВКА НУЛЯ» (грубо и точно); 3 – кнопка включенияпитания цифрового прибора; 4 – показывающий прибор калориметра; 5 – «РЕГУЛИРОВКА ТОКА»; 6 – тумблер «ПОСТ.
ТОК / ВЫКЛ / ПЕРЕМ. ТОК»; 7 – «ВЫХОД НА КАЛОРИМЕТР»; 8 –«ВЫХОД НА ОСЦИЛЛОГРАФ»; 9 – миллиамперметр; 10 – источники питания.9Порядок выполнения задания.1. Зарисовать принципиальную схему опыта (рис. 3).2. Тумблер «ПОСТ. ТОК / ВЫКЛ / ПЕРЕМ. ТОК» поставить в среднее положение«ВЫКЛ».3. Включить установку, для этого вставить вилку в сетевую розетку. При этом должны загореться индикаторы источников питания.4. Ознакомиться с цифровым прибором. Он двухканальный; используется канал«СН1» в режиме измерения постоянного напряжения « =V »; другой канал (верхний переключатель) - выключен.
Органы управления цифрового прибора установлены в необходимый режим измерения, они не нуждаются в регулировке и закрыты стеклом.5. Нажать и удерживать кнопку 3 для включения батарейного питания прибора. Черезнесколько секунд после нажатия кнопки прибор приходит в рабочее состояние.
Информацияна индикаторе показана для примера на рис. 8.CH1AUTO0.0012 vРис. 8. Пример информации на индикаторе цифрового прибора в режимеизмерения постоянного тока в вольтах (V):CH1 – название канала; AUTO – автоматическая установка десятичнойточки; V – результат измерения в вольтах; «---» - отрицательная поляр-6. Ручками 2 «УСТАНОВКА НУЛЯ» добиться нулевого значения на шкале цифровогоприбора. Если напряжение близко к нулю, то при вращении ручек может изменяться полярность напряжения; при отрицательной полярности на индикаторе появляется знак «--» подсловом «AUTO».7.
После установки нуля прибор готов к измерениям тепловой мощности. В ходе выполнения лабораторной работы необходимо проверить нуль несколько раз и подстроить его.Внимание! «Нуль» калориметра чувствителен к небольшим изменениям температурыв помещении. Поэтому установка должна располагаться в месте, где температура наиболеепостоянная.Задание 2. Градуировка калориметра.Градуировка заключается в нахождении связи между измеряемым сигнальным напряжением Uк, названным «тепловая мощность в условных единицах» и тепловой мощностью dQ/dt в джоулях (абсолютных единицах).Порядок выполнения задания.1. Подготовить табл. 1 для записи результатов измерений.Таблица 1Градуировка калориметраI , мАUк, Вк<к>Примечание.
В таблице должно быть 3 строки2. Тумблер «ПОСТ. ТОК / ВЫКЛ / ПЕРЕМ. ТОК» установить в положение «ВЫКЛ».3. Проверить «нуль» прибора, при необходимости – установить его.104. Тумблером «ПОСТ. ТОК / ВЫКЛ / ПЕРЕМ. ТОК» включить постоянный ток и ручкой «РЕГУЛИРОВКА ТОКА» установить ток 2.5…3 мА. Ток измерять миллиамперметромпо нижней шкале. Вся шкала соответствует току 3 мА.5. Тепловое равновесие калориметра наступает не раньше, чем через полторы минутыпосле включения или изменения тока через нагреватель калориметра. Поэтому измерениенапряжения Uк цифрового прибора можно производить после выдержки 1.5…2 мин. Результаты измерения тока в мА и напряжения в вольтах записать в табл.
1.6. Проделанное измерение повторить два раза. При этом ток надо выключить, через 1мин включить, дождаться равновесия и измерить напряжение Uк.7. По результатам измерений вычислить по формуле (16) коэффициент к, выразив токв амперах. Результаты вычисления коэффициента записать в табл. 1.8. Вычислить среднее <к> и записать его в табл. 1.Задание 3.
Изучить зависимость тепловой мощности от силы постоянного тока.Порядок выполнения задания.1. Подготовить табл. 2 для записи результатов измерений.Таблица 2Закон Джоуля – Ленца для постоянного токаI , мАI 2, мА2Uк, ВdQ/dt = <к> Uк, ВтПримечание. В таблице должно быть до 7 строк2. Тумблер «ПОСТ. ТОК / ВЫКЛ / ПЕРЕМ. ТОК» установить в положение «ВЫКЛ».3. Проверить «нуль» прибора; при необходимости – установить его.4. Ручку «РЕГУЛИРОВКА ТОКА» повернуть против часовой стрелки до упора (минимальный ток).5. Включить постоянный ток, установить ток примерно 1 мА. Ток измерять миллиамперметром 9 по нижней шкале.
Вся шкала соответствует току 3 мА.6. Через 1.5… 2 мин измерить напряжение Uк цифрового прибора. Результаты измерения тока и напряжения записать в табл. 2.7. Увеличить ток примерно в 1.2 раза, подождать 1.5…2 мин, записать результаты измерения I и Uк в табл. 2.8. Повторить измерения п. 7, увеличивая каждый раз ток примерно в 1.2 раза до максимального значения 3 мА. Результаты измерения записать в табл. 2.9. По результатам измерений вычислить I 2, dQ/dt по формуле (15), используя среднеезначение коэффициента <к>, полученное в задании 2.
Результаты записать в табл. 2.10. По результатам измерений построить на миллиметровой бумаге зависимость dQ/dtот I 2 (в мА2).Для этого по осям координат создать шкалы, удобные для построения и пользованияграфика. Затем на график нанести результаты измерений крупными точками. Через экспериментальные точки и начало координат провести наилучшую «на глаз» прямую.11. Сделать вывод, согласуются ли результаты измерений с законом Джоуля-Ленца?Задание 4.
Изучение закона Джоуля-Ленца для переменного тока.При прохождении через нагреватель калориметра переменного тока с частотой 50 Гц(обычная электрическая сеть) быстрые изменения тепловой мощности усредняются калориметром вследствие его тепловой инерции. В этом случае калориметр измеряет среднюю тепловую мощность тока.Содержание задания следующее. Через калориметр пропускают переменный ток самплитудой Im и измеряет среднюю тепловую мощность (напряжение Uк). Затем пропускаютпостоянный ток, сила которого в корень из двух раз меньше амплитудного значения переменного тока I = I m / 2 , т.е. равна действующему значению (10) переменного тока.
Для11постоянного тока измеряют тепловую мощность и сравнивают результаты измерений Uк длядвух случаев. Они должны быть одинаковыми.В этом опыте амплитуду Im переменного тока и силу постоянного тока I измеряют осциллографом. На рис. 9 представлена упрощенная схема опыта, поясняющая способ измерения токов. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) 1 осциллографа содержит электронную «пушку» 3, которая создает узкий луч быстрых электронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
