Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
Цель работы: – ознакомиться с характеристиками электроизмерительных приборов и провести измерение удельного сопротивления проводника.
Оборудование:
нихромовая проволока
штатив сошкалой
источник питания
миллиамперметр
вольтметр
Характеристики электроизмерительных приборов.
Предел измерения прибора – это максимальное значение измеряемой прибором величины, при котором стрелка прибора отклоняется до конца шкалы.
Цена деления показывает значение измеряемой величины при отклонении стрелки на одно деление шкалы.
В случае использования многошкальных приборов предел измерений и цена деления имеют несколько значений.
Класс точности прибора показывает (относительную) погрешность прибора, выраженную в процентах по отношению к предельному значению измеряемой величины.
γ=∆X/Xпред.∙100%
где γ - класс точности;
∆X -абсолютная погрешность прибора;
Xпред. -предел измерений прибора.
В нашей лаборатории имеются приборы следующих классов точности: 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Если класс точности на приборе не указан, то он считается равным 4,0.
Зная класс точности, легко определить абсолютную приборную погрешность:
∆X=γ∙Xпред./100%
На шкале электроизмерительных приборов указаны условные обозначения, определяющие систему прибора, положение, в котором он должен работать, класс точности, ток, на котором он работает, напряжение пробоя для изоляции проводов,
Для данной работы используются амперметр и вольтметр со следующими обозначениями:
-прибор магнитоэлектрической системы;
-напряжение пробоя изоляции - 3 Кв
┴-прибор работает в вертикальном положении;
-1,0 - прибор работает на постоянном токе,
класс точности γ = 1,0%
Основные понятия
Удельное сопротивление ρ - это характеристика электрических свойств материала проводника, численно равная сопротивлению проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения. Сопротивление проводника
R=ρl/S (1)
где l - длина проводника,
S - площадь поперечного сечения.
Из выражения (1) видно, что для определения удельного сопротивления провода круглого сечения необходимо измерить длину провода l , его диаметр D и величину электрического сопротивления данного отрезка провода R , тогда
(2)
Длину можно измерить линейкой, диаметр – штангенциркулем или микрометром, а для определения сопротивления используются амперметр и вольтметр.
Сопротивление заданного отрезка провода можно определить по одной из схем (рисунок 1).
а) метод точного измерения тока б) методу точного измерения напряжения
Рисунок 1 Схемы подключения измерительных приборов
Измерение активного сопротивления по методу точного измерения тока (рисунок 1а) Ток Ј через исследуемое сопротивление измеряется миллиамперметром mA. Вольтметр V измеряет падение напряжения на миллиамперметре, внутреннее сопротивление которого R= 0,29 Ом, и сопротивление R в соответствии с формулой
u=Ј∙(RA+R) (3)
откуда
R= u/Ј─RA (4)
Измерение активного сопротивления по методу точного измерения напряжения (рисунок 1б). Ток, измеряемый миллиамперметром, Ј разветвляется в вольтметр (Јv) и в исследуемый проводник (ЈR), так что
Ј=ЈV +ЈR (5)
Вольтметр, внутреннее сопротивление которого RV= 1975 Ом, измеряет напряжение
u=ЈVRV=ЈRR (6)
Из выражений (5) и (6) получим значение сопротивления проводника
R= uRV/ЈRV─u (7)
Описание лабораторной установки
1,-основание штатива, 2-стойка штатива,3-шкала,4-кронштейн,5-нихромовый провод,
6-миллиамперметр,7-вольтметр
Рисунок 2 Схема лабораторной установки
Общий вид установки представлен на рисунке 2. Основание штатива (1) оснащено регулируемыми ножками, позволяющими произвести выравнивание положения прибора. К основанию крепится стойка (2) со шкалой (3). На стойке смонтированы два неподвижных кронштейна в верхней и нижней частях и один подвижный кронштейн (4), который может передвигаться вдоль нее и фиксироваться в любом положении.
Между верхним и нижним кронштейнами натянут нихромовый провод (5). На подвижном кронштейне нанесена метка, с помощью которой производится определение длины исследуемого участка проводника.
Нижний, верхний и средний подвижный контакты проводника соединены с измерительной частью установки, которая состоит из миллиамперметра (6) и встроенного в источник питания вольтметра (7). Данная установка позволяет измерить сопротивление проволоки по схеме а) точного измерения тока.
Порядок измерений
Данные об измерительных приборах внести в таблицу 1.
Таблица 1
Прибор | Предел измерений | Цена деления | Класс точности | Приборная погрешность | Внутреннее сопротивление |
Линейка |
|
| - |
| - |
Миллиампер-метр |
|
|
|
|
|
Вольтметр |
|
|
|
|
|
Штангенциркуль |
|
|
|
|
|
Убедиться, что установка заземлена. Установить подвижный кронштейн (4) стойки на высоте l1= 50 см от основания.
Включить установку в сеть напряжением 220В. Нажать кнопку «СЕТЬ» на источнике питания, убедиться, что сигнальная лампочка в верхнем правом углу измерительной части прибора горит.
Установить на вольтметре напряжение 0,7 В. Занести это значение напряжения и соответствующее ему значение тока в таблицу 2.
Повторить измерения пункта 4 еще четыре раза, увеличивая каждый раз напряжение на концах проводника на 0,1 В. Данные записать в таблицу 2.
Таблица 2
№ п.п | Длина проводника | u, B | Ј, A | R, Ом | ∆Ri | ∆Ri² | ρ, Ом |
1 2 3 4 5 | l1=50см | 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 |
|
|
|
| |
|
| - | - | Rср= | - | Σ∆Ri² | ρср |
1 2 3 4 5 | l2=30см | 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 |
|
|
|
| |
|
| - | - | Rср= | - | Σ∆Ri² | ρср |
По формуле (4) определить сопротивление данного участка проводника по результатам всех пяти измерений и рассчитать среднее значение сопротивления Rср.
Установить подвижный кронштейн (4) стойки на высоте l2=30см от основания и повторить действия пунктов 4.5 – 4.7.
С помощью регулятора на источнике переменного напряжения установить на вольтметре напряжение 0,7 В. Занести это значение напряжения и соответствующее ему значение тока в табл.2 для l1 = 50 см.
Повторить измерения п.8 еще четыре раза, увеличивая каждый раз напряжение на 0,1 В. Данные занести в таблицу 2.
По формуле (7) определить сопротивление данного участка проводника по результатам всех пяти измерений и рассчитать Rср.
Обработка результатов измерений
Рассчитать средние значения удельных сопротивлений по формуле (2) для двух значений длин проводника. Эти и все последующие результаты расчетов внести в таблицу 2.
Рассчитать средние квадратичные погрешности в измерении сопротивлений:
Вычислить случайные абсолютные погрешности:
∆Rсл.1=tα(n)∙S1= ; ∆Rсл.2=tα(n)∙S2=
Вычислить относительную приборную погрешность в измерении сопротивления
подставляя в знаменатели минимальные значения токов и напряжений.
Рассчитать абсолютную приборную погрешность в измерении сопротивления для обоих случаев
∆R приб= εприб∙Rср
и общую абсолютную погрешность
∆R=∆R сл. +∆Rприб.
Найти относительную погрешность в измерении удельного сопротивления для l1
и абсолютную погрешность
∆ρ=ε∙ρср.
Записать результаты в виде
ρ=ρ ср..± ∆ρ
Лабораторная работа №2
- «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (мади)»
- Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- Определение сопротивления методом моста уитстона
- Лабораторная работа №3 определение горизонтальной составляющей магнитного поля земли
- Движение заряженной частицы в электрическом поле
- Цепи постоянного тока
- Электромагнитная индукция
- Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- Вычисление погрешности определения сопротивления
- Определение сопротивления методом моста Уитстона.
- Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- Движение заряженной частицы в электрическом поле
- Цепи постоянного тока
- Расчетная схема Расчет
- Электромагнитная индукция