Лабораторные работы по физике Лекции и конспекты по физике Лекции по термодинамике Электростатика Механика, термодинамика Кинематика, гидродинамика

Лабораторные работы по физике

Лабораторная работа № 3-3

МОСТОВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ

Цель работы: ознакомление с классическим методом измерения сопротивления при помощи мостовой схемы.

Оборудование: измеряемые сопротивления, магазины сопротивлений, гальванометр или микроамперметр, источник постоянного тока, мост постоянного тока Р-333.

Введение

Мостовой метод измерений – метод измерения электрических сопротивлений по постоянному или по переменному току при помощи измерительных мостов нашел широкое применение в измерениях физических величин, функционально связанных с электрическим сопротивлением. На изменении параметров электрических цепей (сопротивления, емкости, индуктивности и др.) под влиянием различных физических факторов основано применение мостового метода для измерения неэлектрических величин (давления, температуры, влажности и т.д.).

Мостовой метод измерения электрических величин, как и компенсационный метод, при использовании эталонов электрических величин позволяет получить результат измерения с точностью, превышающей точность современных методов прямых измерений с цифровой индикацией результата.

Измерение сопротивлений. Метод и описание установки

Мостовая схема (мост Уитстона) состоит из четырех сопротивлений, соединенных последовательно; начало первого сопротивления соединено с концом четвертого; в диагонали образовавшегося замкнутого четырехугольника включены источник тока и индикатор (рис. 1). В одно плечо моста включается измеряемое сопротивление Rx, в другое – образцовое сопротивление ; два остальных вспомогательных образуют так называемые плечи отношения. В качестве индикатора обычно применяется гальванометр магнитоэлектрической системы с нулем в середине шкалы.

При изменении сопротивления одного из плеч моста, например R1, будет изменяться сила тока в цепях моста (I1, I2, I3, Ix).

Существует определенное соотношение между сопротивлениями, составляющими схему , R1, R2, R3, при котором сила тока, идущего через гальванометр, обращается в нуль. Такое состояние схемы соответствует уравновешенному мосту. Решая систему уравнений Кирхгофа:

а)  – для узла,

б)  – для замкнутого контура

для уравновешенного моста можно получить соотношение:

,

откуда .

Приведенное может служить для отыскания любого из четырех сопротивлений, включенных в плечи моста, если известны три других сопротивления.

ЭДС батареи, питающей мост, сопротивление батареи и гальванометра существенной роли для определения искомого сопротивления не играют. Однако точность определения неизвестного сопротивления будет выше, когда отношение   или  близко к единице.

Мост постоянного тока типа Р-333 – пример технического оформления прибора промышленного изготовления для измерения сопротивления.

Схема моста. Измерительная часть схемы моста – четырехплечий мост, в сравнительном плече которого включен четырехдекадный плавно-регулируемый магазин сопротивлений на 9999 Ом ступенями через 1 Ом. Схема позволяет получать в каждой декаде девять номинальных значений сопротивлений. При помощи переключателя плеч включаются различные комбинации сопротивлений R1, R2, R3. Общий вид установки показан на рис. 2.

Порядок выполнения работы

 Собрать схему согласно рис. 1. В качестве сопротивлений R1, R2, R3 использовать магазины сопротивлений.

 После проверки схемы преподавателем схему подключить к источнику тока.

 Сопротивлениями R1 и R2 установить отношения : 1:1, 1:2, 2:1, 3:2 и т.д. (рекомендуется преподавателем).

 Подобрать сопротивление  таким образом, чтобы стрелка гальванометра была на нуле.

 Вычислить неизвестное сопротивление по приведенной ранее формуле.

 Полученные данные занести в таблицу.

п/п

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

 Повторить аналогичные измерения для отношения : 1:1, 1:2, 2:1, 3:2 и т.д. (рекомендуется преподавателем).

 Рассчитать погрешность .

Контрольные вопросы

Какова цель работы?

Изменится ли условие равновесия моста, если гальванометр и источник тока поменять местами?

Как формулируются законы Кирхгофа?

Выведите условие равновесия моста, используя законы Кирхгофа.

Запишите формулу для определения сопротивления участка цепи, содержащего последовательно или параллельно соединенные резисторы.

Список рекомендуемой литературы

Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. – §57, 58, 59, 60.

Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 2. – М.: Наука, 1978. – §31, 34, 36.

Физический практикум. Электричество и оптика / Под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1968. Задача 69.

Законы Стефана - Больцмана и Вина не давали общего решения задачи об излучении абсолютно черного тела. Попытка получить теоретически вид функции φ (λ,Τ) была предпринята Рэлеем и Джинсом, которые к изучению спектральных закономерностей подошли с позиции электродинамики и статистической физики. Ими была получена формула для φ(λ,Τ):

 (1.12)

где k – постоянная Больцмана.

 На рис.1.3 сопоставлены экспериментальные значения с кривой, соответствующей формуле Рэлея - Джинса. Хорошо видно, что формула Рэлея - Джинса верна для длинных волн и совершенно не применима для коротких.

Таким образом, классическая физика оказалась неспособной объяснить законы распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Поскольку теоретические расчеты резко расходились с экспериментом в области фиолетовых и ультрафиолетовых лучей, то создавшееся положение получило название "ультрафиолетовой катастрофы ".

Для определения вида функции φ(λ,Τ) понадобились совершенно новые идеи о механизме излучения. М. Планк пришел к выводу о неприменимости законов классической физики к атомным осцилляторам. В 1900 году им была высказана гипотеза о том, что испускание энергии электромагнитного излучения атомами и молекулами возможно только отдельными порциями, которые получили название квантов энергии. Величина кванта пропорциональна частоте излучения

 (1.13)

где h = 6,625 10-34 Дж с,  = h /2π - постоянная Планка. На основании этого предположения Планком была получена формула для φ(λ,Τ) :

 (1.14)

Эта формула точно согласуется с экспериментальными данными во всем интервале длин волн (рис.1.3). Из формулы Планка получаются законы Стефана - Больцмана и Вина.

Таким образом, формула Планка является полным решением основной задачи теплового излучения абсолютно черного тела. Она прекрасно согласуется с экспериментом и позволяет не только получить законы теплового излучения, но и определить постоянные, входящие в эти законы.


Физика выполнение лабораторных работ. Лекции и конспекты