Цель работы: определить внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС.
Оборудование:
Пояснения к работе
Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами . Отношение работы А стор. , совершаемой сторонними силами по перемещению заряда Q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника (ЭДС):
ЭДС источника измеряется вольтметром, сила тока – амперметром.
Согласно закону Ома сила тока в замкнутой цепи с одним источником определяется выражением:
Таким образом, сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Пусть известны значения сил токов I 1 и I 2 и падения напряжений на реостате U 1 и U 2 . Для ЭДС можно записать:
= I 1 (R 1 + r) и
I 2 (R 2 + r)
Приравнивая правые части этих двух равенств, получим
I 1 (R 1 + r) = I 2 (R 2 + r)
I 1 R 1 + I 1 r = I 2 R 2 + I 2 r
I 1 r – I 2 r = I 2 R 2 - I 1 R 1
Т.к. I 1 R 1 = U 1 и I 2 R 2 = U 2 , то можно последнее равенство записать так
r(I 1 – I 2) = U 2 – U 1 ,
Задания
Рисунок 1
При помощи мультиметра определите напряжение на батарейке при разомкнутом ключе. Это и будет ЭДС батарейки
Замкните ключ и измерьте силу тока I 1 и напряжение U 1 на реостате. Запишите показания приборов.
Измените сопротивление реостата и запишите другие значения силы тока I 2 и напряжения U 2 .
Повторите измерения силы тока и напряжения еще для 4 различных положений ползунка реостата и запишите полученные значения в таблицу:
Рассчитайте внутреннее сопротивление по формуле:
Определите абсолютную и относительную погрешность измерения ЭДС (∆ℇ и δ
) и внутреннего сопротивления (∆r и δ r) батарейки.
Контрольные вопросы
Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
Чему равна ЭДС источника при разомкнутой цепи?
Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?
Чем определяется сила тока короткого замыкания батарейки?
Литература
Работа рассчитана на 2 часа
Лабораторная работа № 8
Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения
Цель работы: измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.
Оборудование: источник питания, проволочный резистор, амперметр, ключ, вольтметр, соединительные провода.
Пояснения к работе
Схема электрической цепи показана на рисунке 1. В качестве источника тока в схеме используется аккумулятор или батарейка.
Рисунок 1
При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать вольтметр со шкалой 0–6 В и сопротивлением R в = 900 Ом. Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно R в r. При этом отличие Е от U на превышает десятых долей процента, поэтому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.
Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.
Действительно, из Закона Ома для замкнутой цепи получаем: Е=U+Ir, где U=IR – напряжение на внешней цепи. Поэтому
Для измерения силы тока в цепи можно использовать амперметр со шкалой 0 – 5 А.
Задания
Соберите электрическую цепь согласно рисунку 1.
Измерьте вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе:
Запишите класс точности вольтметра k v и предел измерения U max его шкалы.
Найдите абсолютную погрешность измерения ЭДС источника тока:
Запишите окончательный результат измерения ЭДС источника тока:
Отключите вольтметр. Замкните ключ. Измерьте амперметром силу тока I в цепи.
Запишите класс точности амперметра k А и предел измерения I max его шкалы.
Найдите абсолютную погрешность измерения силы тока:
Рассчитайте внутреннее сопротивление источника тока по формуле:
Найдите абсолютную погрешность измерения внутреннего сопротивления источника тока:
Запишите окончательный результат измерения внутреннего сопротивления источника тока:
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:
| Измерение ЭДС источника тока | Измерение внутреннего сопротивления источника тока |
||||||||||
| E=U,В | k v ,В | U max ,В | ∆E,% | Е+∆E,% | I,A | k A ,A | I max ,A | R,Ом | ∆R,Ом | ∆r,Ом | r+∆r,Ом |
Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, перечень необходимого оборудования, формулы искомых величин и их погрешностей, таблицу с результатами измерений и вычислений, вывод по работе.
Устно ответьте на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?
Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?
Какое сопротивление называют внутренним сопротивлением?
От чего зависит разность потенциалов между полюсами источника тока?
Литература
Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;
Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;
Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.
Работа рассчитана на 2 часа
Лабораторная работа № 9
Тема: Исследование явления электромагнитной индукции
Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции и свойства вихревого электрического поля, установить и сформулировать правило определения индукционного тока.
Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник питания, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, ключ, соединительные провода.
Пояснения к работе
Электромагнитной индукцией называется возникновение электродвижущей силы в проводнике при его перемещении в магнитном поле в замкнутом проводящем контуре вследствие его движения в магнитном поле или изменения самого поля. Эта электродвижущая сила называется электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под ее влиянием в замкнутом проводнике возникает электрический ток, называемый индукционным током.
Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Максвелла): ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорционально и противоположно по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на контур:
Знак минус в правой части закона электромагнитной индукции соответствует правилу Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на замкнутый проводящий контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему индукционный ток.
Задания
Самостоятельно изучите методическое указание по выполнению лабораторной работы.
Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее.
Запишите, менялся ли магнитный поток, пронизывающий катушку, во время движения магнита? Во время его остановки?
На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникает индукционный ток.
О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.
Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.
Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток, пронизывающий эту катушку, меняется быстрее? При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток? На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего эту катушку.
Соберите электрическую цепь:
Рисунок 1
Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:
б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;
в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2 путем перемещения в соответствующую сторону движка реостата.
11. В каких из перечисленных в пункте 9 случаях меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?
12. Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, перечень необходимого оборудования, схемы опытов, вывод по работе.
13. Устно ответьте на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде одного витка провода?
Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
Назовите приборы и устройства, работа которых основана на индукционных токах.
В чем состоит явление электромагнитной индукции?
Изменение каких физических величин может привести к изменению магнитного потока?
Литература
Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;
Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;
Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.
Работа рассчитана на 2 часа
Лабораторная работа № 10
Размер: px
Начинать показ со страницы:
Транскрипт
1 3 Цель работы: углубление понимания закона Ома для полной цепи и для участка цепи. Задача: экспериментально убедиться в справедливости закона Ома для замкнутой неразветвленной цепи. Приборы и принадлежности: модернизированная установка FPМ-0. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Характеристиками тока являются сила тока I и плотность тока j. Сила тока скалярная величина и равна количеству электричества (заряда) dq, переносимого через сечение проводника за единицу времени: dq I. () dt Плотностью тока называют количество электричества, пересекающее единицу площади поперечного сечения проводника в единицу времени: di j. () ds Плотность тока векторная величина, направленная вдоль вектора средней скорости упорядоченного движения положительных зарядов, и может быть записана как j q 0 n v, (3) где q 0 заряд единичного носителя тока; n концентрация носителей; v скорость дрейфа носителей. Если элемент поверхности ds рассматривать как вектор, направленный вдоль положительной нормали, то связь между силой тока и его плотностью имеет вид I (S) j ds, (4) где S площадь, через которую проходит поток заряженных частиц. Можно указать на ряд факторов, способных вызвать упорядоченное движение зарядов. Прежде всего, это могут быть электрические (кулоновские) силы, под действием которых положительные заряды станут дви-
2 4 гаться вдоль силовых линий поля, отрицательные против. Поле этих сил называют кулоновским, напряженность этого поля обозначим Е кул. Кроме того, на электрические заряды могут действовать и неэлектрические силы, например, магнитные. Действие этих сил аналогично действию некоторого электрического поля. Назовем эти силы сторонними, а поле этих сил сторонним полем с напряженностью Е стор. Наконец, упорядоченное движение электрических зарядов может возникнуть и без действия внешних сил, а за счет явления диффузии или за счет химических реакций в источнике тока. Работа, имеющая место при упорядоченном движении электрических зарядов, совершается за счет внутренней энергии источника тока. И хотя здесь нет прямого действия каких-либо сил на свободные заряды, явление протекает так, как будто на заряды действует некоторое стороннее поле. Важнейшим законом электродинамики является закон Ома, установленный экспериментально. Но его можно получить теоретически, основываясь на простейших представлениях электронной теории проводимости металлов Друде-Лоренца. Рассмотрим электрический ток в металлических проводниках, внутри которых существует поле с напряженностью Е. Оно действует на свободные электроны проводимости с силой F = ее, где е заряд электрона. Эта сила сообщает электронам с массой m ускорением a = F/m = ee/m. Если бы движение электронов в металле происходило без потерь энергии, то их скорость, а следовательно, и сила тока в проводнике со временем увеличивались бы. Однако при столкновениях с ионами решетки, совершающими беспорядочное тепловое колебательное движение, электроны теряют часть своей кинетической энергии. При постоянном токе, когда средняя скорость упорядоченного движения электронов остается со временем неизменной, вся энергия, получаемая электронами под действием электрического поля, должна быть передана ионам металла, т. е. должна перейти в энергию их теплового движения. Для простоты предположим, что при каждом столкновении электрон полностью теряет ту энергию, которую он получил под действием силы F = ее, за время свободного пробега τ от одного столкновения до другого. Это означает, что в начале каждого свободного пробега электрон имеет только скорость своего теплового движения, а в конце пробега, перед столкновением, его скорость под действием силы F = ее увеличивается до некоторой величины v. Пренебрегая скоростью теплового движения, можно полагать, что перемещение электрона в направлении действия силы со стороны поля является равноускоренным с начальной скоростью v 0 = 0. За время свободного пробега электрон приобретает скорость упорядоченного движения a τ eеτ / m, а средняя скорость этого движения v
3 5 v v e 0 v E τ. m Время свободного пробега определяется средней скоростью теплового движения электрона u и средней длиной свободного пробега электрона λ: τ = λ/u. Тогда плотность тока в проводнике ne λ j nev E. m u ne λ Величина γ характеризует свойства проводника и называется его удельной электропроводностью. С учетом этого обозначения плот- m u ность тока запишется как j = γe. (5) Это мы получили закон Ома в дифференциальной форме. Учтем теперь то обстоятельство, что на электрон, участвующий в создании постоянного тока на произвольно выбранном участке цепи, должны действовать, кроме кулоновских, еще и сторонние силы. Тогда (5) примет вид j j γ(eкул Естор) или E Е кул стор. (6) γ Умножим (6) на элемент длины проводника dl и проинтегрируем полученное выражение по участку проводника от сечения до сечения: j Е dl Е dl кул стор dl. (7) γ I С учетом того, что для постоянного тока j и γ, где ρ удельное сопротивление проводника, выражение (7) примет S ρ вид ρ Екулdl Есторdl I dl. (8) S Первый интеграл в (8) представляет собой разность потенциалов (φ φ) между точками сечений и. Второй интеграл зависит от источника сил и называется электродвижущей силой. Интеграл в правой части (8) характеризует свойства проводника и называется сопротивлением R участка проводника. Если S и ρ постоянны, то
4 6 l R ρ. (9) S Таким образом, формула (8) имеет вид φ φ ξ IR U. (0) Это обобщенный закон Ома в интегральной форме для неоднородного участка цепи. (U падение напряжений на участке -). В случае однородного участка проводника, т. е. при отсутствии на этом участке сторонних сил, из (0) имеем φ φ IR. () Если цепь замкнута (φ φ), то из (0) получаем ξ IRц I(R внешн rвнутр), () где R ц сопротивление всей цепи, включая внешнее R внешн и внутреннее сопротивление источника тока r внутр. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ Рис.. Общий вид установки 6 Установка состоит (рис.) из измерительной части и колонны с метрической шкалой. На колонне смонтированы два неподвижных кронштейна, между которыми натянут хромоникелевый провод 3. По колонне перемещается подвижный кронштейн 4, обеспечивающий контакт с проводом. На лицевой панели расположены вольтметр 5, миллиамперметр 6, включатель «сеть», регулятор тока, кнопочный переключатель диапазонов вольтметра 7, который одновременно переключает вольтметр с измерения падения напряжения на измерение ЭДС. На рис. приводится схема измерения падения напряжения U и ЭДС источника тока. В цепь источника тока последовательно включается переменное сопротивление r, выполняющее роль внутреннего сопротивления источника, ручка регулятора которого, «регулятор тока», выведена на лицевую панель прибора. Переменное сопротивление r позволяет регулировать силу тока в цепи источника. Данная схема позволяет моделировать работу источника тока с регули-
5 7 руемым внутренним сопротивлением. Внешней нагрузкой R служит сопротивление однородного проводника, длину которого, а следовательно, и R можно регулировать перемещением подвижного кронштейна. При замкнутом ключе К воз- V никает электрический ток в цепи r rr. Цепь состоит из неоднородного участка r и однород- А φ + φ ного участка R. Согласно указанному направлению тока запишем законы Ома для одно- К I R родного и неоднородного участков цепи. Для участка R: φ φ IR. Рис.. Схема измерения U и ε Для участка εr: φ φ ξ Ir. Для замкнутой цепи, содержащей однородный и неоднородный участки, можно записать, сложив эти уравнения (φ φ) (φ φ) ξ I(R r). Получили закон Ома для замкнутой цепи: ξ I(R r). (3) Разность потенциалов φ φ с учетом () и (3) может быть выражена формулой ξr φ φ. R r При размыкании ключа К (R =, а I = 0) φ φ =. Используя закон Ома для замкнутой цепи, можно рассчитать сопротивление r для неоднородного участка по формуле ξ U r, U = φ φ. (4) I Идея работы состоит в проверке закона Ома для замкнутой цепи. С этой целью измеряется падение напряжения U на сопротивлении R однородного цилиндрического проводника при разных величинах силы тока I, протекающего по участку цепи. На основании измерений U и I строится вольт-амперная характеристика проводника. Величина сопротивления проводника определяется как тангенс угла наклона характеристики к оси I. На рис. 3 приводится вольт-амперная характеристика проводника: ΔU R tgα. (5) ΔI
6 8 Установленная графическая зависимость между величинами U, I, R выражает закон Ома для однородного U участка цепи: α ΔI ΔU I Рис. 3. Вольт-амперная характеристика проводника Δφ = U = IR. (6) В случае цилиндрического однородного проводника с диаметром d, длиной l и удельным электросопротивлением ρ величина R может быть определена формулой l 4l R ρ ρ. (7) S πd ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Задание I. Исследование вольт-амперной характеристики проводника.. Составить таблицу измерений (табл.). Таблица I, ма U, В. Отжать кнопочный переключатель (измерение U). 3. Вывести подвижный кронштейн 4 в среднее положение (l = 5 см). 4. Включить установку в сеть. 5. Регулятором тока установить минимальное значение силы тока. 6. Записать показания вольтметра и амперметра в табл.. 7. Увеличивая силу тока регулятором, снять зависимость U от I (5 0 значений). 8. Построить вольт-амперную характеристику. 9. Вычислить с помощью графика сопротивление проводника по формуле (5). 0. Зная сопротивление проводника R, по формуле (7) определить удельное электросопротивление ρ. Диаметр проводника d = 0,36 мм.. Сделать вывод.
7 9 Задание II. Исследование влияния сопротивления участка цепи на величину падения напряжения на участке.. Составить табл. измерений. Таблица l, см U, В. Отжать кнопочный переключатель (измерение U). 3. Установить подвижный кронштейн в положение l = 0 см. 4. Включить установку в сеть. 5. Регулятором тока установить силу тока 50 ма. 6. Записать в табл. показания вольтметра U и l. 7. Увеличивая длину проводника l, снять зависимость U от l, при этом регулятором тока поддерживать значение I = 50 ма. 8. Построить график зависимости U от l. 9. Сделать вывод. Задание III. Изучение закона Ома для замкнутой цепи.. Составить табл. 3 измерений. Таблица 3 I, mа U, B R, Ом r, Ом, В I(R + r), B 50. Отжать кнопочный переключатель (измерение U). 3. Установить подвижный кронштейн в положение l = 5 см. 4. Включить установку в сеть. 5. Регулятором тока установить силу тока 50 ма. 6. Записать показания вольтметра U в табл Нажать кнопочный переключатель (измерение ЭДС). При этом происходит расширение диапазона измерений вольтметра. Цена деления вольтметра в схеме измерения ЭДС составляет 0,5 В. Измерить величину ЭДС () и записать в табл Величину сопротивления R взять из результатов измерений задания I. Результат записать в табл Рассчитать величину сопротивления r для неоднородного участка цепи по формуле (4). Результат записать в табл. 3.
8 0 0. Проверить закон Ома для замкнутой цепи. Для этого найти значение I(R + r); полученный результат сравнить с измеренным значение.. Сделать вывод. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. Сформулируйте законы Ома для замкнутой цепи и участка цепи.. Каков физический смысл ЭДС источника? 3. Как измерить ЭДС источника, включенного в цепь? 4. Почему амперметры имеют малое, а вольтметры очень большое сопротивление? 5. Каким условиям должно удовлетворять заземляющее устройство? Объяснить. 6. Какими величинами характеризуется электрическое поле? 7. Что такое напряженность электрического поля? 8. Что называется потенциалом? 9. Нарисуйте схему параллельного и последовательного соединения двух источников постоянного тока. 0. С какой целью включают источники тока последовательно?. С какой целью соединяют источники тока параллельно?. В каких единицах измеряются сила тока, плотность тока, разность потенциалов, напряжение, ЭДС, сопротивление электрическому току, проводимость? 3. Что такое удельное сопротивление? 4. От чего зависит удельное сопротивление металлического проводника? 5. Как, зная потенциалы, соответствующие двум соседним эквипотенциальным линиям, и расстояние между ними, найти напряженность поля? 6. Установите связь между потенциалом и напряженностью поля. 7. Сделайте вывод обобщенного закона Ома в интегральной форме из закона Ома в дифференциальной форме. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. Детлаф А. А, Курс физики: учеб. пособ. для вузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский М.: Высш. шк., с.. Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособ. для вузов / Т. И. Трофимова М.: Высш. шк., с. 3. Терентьев Н. Л. Электричество. Электромагнетизм: учеб. пособ. / Н. Л. Терентьев Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, с.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ» Кафедра физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.04 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА Москва 00 г. Лабораторная работа.04 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель
Методические указания к выполнению лабораторной работы.1.7 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ Аникин А.И., Фролова Л.Н. Электрическое сопротивление металлов: Методические указания к выполнению лабораторной
Определение удельного сопротивления проводника. Введение. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. Сами эти частицы называются носителями тока. В металлах и полупроводниках
4. Лабораторная работа 22 ПРОВЕРКА СПРАВЕДЛИВОСТИ ЗАКОНА ОМА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА Цели работы: 1) проверить справедливость закона Ома; 2) определить удельное сопротивление проводника.
3 Цель работы: 1. Знакомство с некоторыми электроизмерительными приборами. 2. Знакомство с одним из методов измерения электросопротивлений. Задача: определить удельное электросопротивление хромоникелевого
Лабораторная работа Определение внутреннего сопротивления и ЭДС источника. Цель: познакомиться с методами определения характеристик источника тока. Приборы и принадлежности: исследуемый источник тока,
Лабораторная работа 3.4 ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ 3.4.1. Цель работы Целью работы является знакомство с компьютерным моделированием цепей постоянного тока и экспериментальное подтверждение
Министерство образования Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С. М. Кирова Кафедра физики ПРОВЕРКА ЗАКОНА ОМА Методические
КАРТА СХЕМА ПРОРАБОТКИ ТЕМЫ ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА УРАВНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ И УСЛОВИЕ СТАЦИОНАРНОСТИ ТОКОВ Характеристики тока Сила тока J Вектор плотности тока j Связь J и j Закон Ома для неоднородного
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 Изучение электропроводности металлов Теоретическое введение Электропроводность металлов Если на концах проводника поддерживается постоянная разность потенциалов, то внутри проводника
Постоянный электрический ток Основные определения Электрический ток упорядоченное движение электрических зарядов (носители тока) под действием сил электрического поля. В металлах носителями тока являются
ЦЕЛИ РАБОТЫ Лабораторная работа 3 Изучение обобщённого закона Ома и измерение электродвижущей силы методом компенсации 1. Изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы
РАЗДЕЛ II ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Лекц ия 0 Постоянный электрический ток Вопросы. Движение зарядов в электрическом поле. Электрический ток. Условия возникновения электрического тока. Закон Ома для
ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Причины возникновения электрического тока Заряженные объекты являются причиной не только электростатического поля, но еще и электрического тока. В этих двух явлениях, есть
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА Цель работы: изучить зависимость напряжения на концах проводника от его длины при постоянной силе тока, проходящей
Сафронов В.П. 0 ПОСТОЯННЫЙ ТОК - - Глава ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.. Основные понятия и определения Электрическим током называется упорядоченное движение зарядов. Считается, что ток течет от плюса к
Глава 9 Постоянный электрический ток 75 Электрический ток, сила и плотность тока Электродинамика это раздел электричества, в котором рассматриваются процессы и явления, обусловленные движением электрических
Постоянный электрический ток Лекция 1 Содержание лекции: Электрический ток Уравнение непрерывности Электродвижущая сила 2 Электрический ток Электрический ток упорядоченное движение электрических зарядов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Лабораторная работа 78 Методические указания
Лабораторная работа 3 ИЗУЧЕНИЕ ОБОБЩЁННОГО ЗАКОНА ОМА И ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Цель работы: изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы
МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ИГУ») 4-5 Расчет параметров
Законы постоянного тока Лекция 2.4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 1. Причины электрического тока. 2. Плотность тока. 3. Уравнение непрерывности. 4. Сторонние силы и Э. Д. С. 5. Закон Ома для неоднородного
Лекция 8 Постоянный электрический ток Понятие об электрическом токе Электрический ток упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов Различают: Ток проводимости (ток в проводниках) движение
ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА Цель работы: 1. Проверить закон Ома для однородного проводника. 2. Проверить линейность зависимости сопротивления от длины однородного
3 Цель работы: знакомство с методами измерения и расчета магнитного поля. Задача: определение постоянной датчика Холла; измерение магнитного поля на оси соленоида. Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ-04,
II. Постоянный электрический ток 2.1 Характеристики электрического тока: сила и плотность тока Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Проводниками тока могут быть
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ, СОДЕРЖАЩЕГО ЭДС Цель работы изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы тока; определение электродвижущей
Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА Методические
10 ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОН ОМА Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц в пространстве. В связи с этим свободные заряды принято называть также
«ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА». Электрическим током называют упорядоченное направленное движение заряженных частиц. Для существования тока необходимы два условия: Наличие свободных зарядов; Наличие внешнего
Лекция 4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током. Всякое упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Носителями
Законы постоянного тока Проводники в электростатическом поле E = 0 E = grad φ φ = const S DdS = i q i = 0 Проводники в электростатическом поле Нейтральный проводник, внесенный в электростатическое поле,
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Лабораторная работа 1 ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА Цель работы: изучение метода измерения сопротивления с использованием амперметра и вольтметра; измерение
Лабораторная работа 0 ПОСТОЯННЫЙ ТОК. ЗАКОН ОМА. Цель и содержание работы Целью работы является анализ закона Ома для участка цепи, содержащего проводник и источник тока. Работа заключается в измерении
Министерство образования Российской Федерации Томский политехнический университет Кафедра теоретической и экспериментальной физики ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА Методические указания к выполнению виртуальной лабораторной
ОБЩАЯ ФИЗИКА. Электричество. Лекции 8 9. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Понятие об электрическом токе Условия возникновения и существования тока проводимости Сила тока. Вектор плотности тока Уравнение непрерывности
Лекция 1 Ток проводимости. Закон Ома для однородного участка цепи. Параллельное и последовательное соединение проводников Ток проводимости. Плотность тока. Сила тока Определение. Током проводимости называется
Лабораторная работа 4 Исследование характеристик источника постоянного тока Методическое руководство Москва 04 г. . Цель лабораторной работы Исследование характеристик источника постоянного тока, определения
Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ Цель работы найти и построить эквипотенциальные поверхности и силовые линии электрического поля между двумя электродами произвольной формы; определить
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ» Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МОСТИКОМ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики, электротехники и автоматики Лабораторная работа 31 «МОСТОВОЙ МЕТОД
ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ Зависимость плотности тока от скорости дрейфа свободных зарядов. S k I Плотностью тока называется вектор, определяемый соотношением Рис. 1 j I S k, (1) где I сила
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет» ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ Методические
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 73 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА 1. Цель и содержание работы. Целью работы является ознакомление с методом измерения удельного сопротивления металлических
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-7: ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИХ СИЛ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: ознакомление с методами компенсации и применение
Цель работы: познакомиться с одним из методов измерения электрического сопротивления резисторов. Проверить правила сложения сопротивлений при различных способах соединения резисторов. Задача: собрать схему
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМ- ПЕНСАЦИИ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить компенсационный метод измерения ЭДС источника. Измерить ЭДС гальванического элемента. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 8 Определение электропроводности
Лабораторная работа 2.4. Применение закона Ома для цепей постоянного тока (см также с.106 «Практикума») 1 Экспериментальные задачи, поставленные в работе: - определить значения двух неизвестных сопротивлений
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Общая физика и физика нефтегазового производства»
1 4 Электромагнитная индукция 41 Закон электромагнитной индукции Правило Ленца В 1831 г Фарадей открыл одно из наиболее фундаментальных явлений в электродинамике явление электромагнитной индукции: в замкнутом
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Курганский государственный университет» Кафедра «Общая физика»
Тема 12. Постоянный электрический ток 1. Электрический ток и сила тока Имеющиеся в веществе свободные носители заряда (электроны и/или ионы) в обычном состоянии движутся хаотично. Если создать внешнее
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ ПОСТОЯННЫЙ ТОК Вопросы для программированного контроля по физике для студентов всех форм обучения всех
РАБОТА 0 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩИХ ЛИСТАХ Цель работы. Получить опытным путём картину равного электрического потенциала, построить на ней линии напряженности
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 5 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Получение практических навыков при работе с простейшими электроизмерительными приборами. 2. Изучение законов протекания электрического
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Физический факультет Кафедра общей физики Л а б о р а т о р н ы й п р а к т и к у м п о о б щ е й ф и з и к е (электричество и магнетизм) Лабораторная
Лекция 25 Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа.
Постоянный электрический ток Сила тока Плотность тока Электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов Эти заряды называют носителями тока В металлах и полупроводниках носителями тока
3. Лабораторная работа 21 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Цели работы: 1) экспериментально исследовать квазистационарное электрическое поле, построить картину эквипотенциальных поверхностей и линий
Экзамен Уравнение непрерывности или уравнение неразрывности (продолжение) Факультативная вставка Как было отмечено выше, если рассматривать вместо вытекающего из объема V заряда заряд, который остается
Л абораторя работа О пределение удельного сопротивления проводника. Введение. Электрическим током зывают упорядоченное движение заряженных частиц. С ами эти частицы зываются н осителями тока. В м еталлах
Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 7 ИССЛЕДОВАНИЕ АПЕРИОДИЧЕСКОГО РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО
Лабораторная работа.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА ТОКА Цель работы: изучение зависимостей тока, полной и полезной мощностей, коэффициента полезного действия источника от сопротивления нагрузки;
ПОСТОЯННЫЙ ТОК 2008 Цепь состоит из источника тока с ЭДС 4,5В и внутренним сопротивлением r=,5oм и проводников сопротивлением =4,5 Oм и 2= Oм Работа, совершенная током в проводнике за 20 мин, равна r ε
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРОВОДНИКОВ Цель работы: изучение методов измерения сопротивлений, изучение законов электрического тока в цепях с последовательным и параллельным соединением
ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ Зависимость плотности тока от скорости дрейфа свободных зарядов. Плотностью тока называется вектор, определяемый соотношением Рис. 1 где сила тока на участке, площадь
ЭЛЕКТРОСТАТИКА Лабораторная работа 1.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ Цель работы: экспериментальное исследование электростатического поля методом моделирования. Оборудование.
В электротехнике существуют термины: участок и полная цепь.
Участком называют:
часть электрической схемы внутри источника тока или напряжения;
всю внешнюю или внутреннюю, подключенную к источнику цепочку из электрических элементов или ее какой-то фрагмент.
Термином «полная цепь» пользуются для обозначения схемы со всеми собранными цепочками, включая:
источники;
потребители;
соединительные проводники.
Такие определения помогают лучше ориентироваться в схемах, понять их особенности, анализировать работу, искать повреждения и неисправности. Они заложены в закон Ома, который позволяет решать эти же вопросы для оптимизации электрических процессов под нужды человека.
Фундаментальные исследования Георга Симона Ома применяют на практике к любому или полной схеме.
Как действует закон Ома для полной цепи постоянного тока
Для примера возьмем гальванический элемент, который в народе принято называть батарейкой, с разностью потенциалов U между анодом и катодом. Подключим к его выводам лампочку накаливания, которая обладает обыкновенным резистивным сопротивлением R.
Через нить накала потечет ток I=U/R, созданный движением электронов в металле. Контур, образованный выводами батарейки, соединительными проводами и лампочкой относится к внешнему участку цепи.
Во внутреннем участке между электродами батарейки тоже будет протекать ток. Его носителями станут положительно и отрицательно заряженные ионы. На катод будут притягиваться электроны и от него отталкиваются положительные ионы к аноду.
На катоде и аноде таким способом накапливаются положительные и отрицательные заряды, создается разность потенциалов между ними.
Полноценному движению ионов в электролите мешает , обозначаемое «r». Оно ограничивает отдачу тока во внешнюю цепь и снижает его мощность до определенной величины.
В полной цепи электрической схемы ток проходит по внутреннему и внешнему контуру, преодолевая последовательно суммарное сопротивление R+r обоих участков. На его величину оказывает влияние сила, приложенная к электродам, которую называют электродвижущей или сокращенно ЭДС и обозначают индексом «Е».
Ее величину можно замерить вольтметром на выводах батарейки при холостом ходе (без внешнего контура). При подключенной нагрузке на этом же месте вольтметр показывает напряжение U. Другими словами: без нагрузки на клеммах батарейки U и Е совпадают по величине, а при протекании тока по внешнему контуру U
Сила Е формирует движение электрических зарядов в полной цепи и определяет его величину I=E/(R+r).
Это математическое выражение определяет закон Ома для полной цепи постоянного тока. Его действие более детально иллюстрирует правая часть картинки. Она показывает, что вся полная цепь состоит из двух отдельных контуров для тока.
Также видно, что внутри батарейки всегда, даже при отключенной нагрузке внешней цепи, происходит движение заряженных частиц (ток саморазряда), а, следовательно, идет ненужный расход металла у катода. Энергия батарейки за счет внутреннего сопротивления тратится на нагрев и его рассеивание в окружающую среду, а с течением времени просто исчезает.
Практика показала, что снижение конструктивными методами внутреннего сопротивления r экономически не оправдано из-за резко возрастающей стоимости конечного изделия и довольно высокого ее саморазряда.
Выводы
Для поддержания работоспособности батарейки ее нужно использовать только по назначению, подключая внешний контур исключительно на период работы.
Чем больше сопротивление подключенной нагрузки, тем выше ресурс батарейки. Поэтому ксеноновые лампы накаливания с меньшим током потребления, чем заполненные азотом, при одинаковом световом потоке обеспечивают более длительную эксплуатацию источников питания.
При хранении гальванических элементов прохождение тока между контактами внешней цепи должно быть исключено надежной изоляцией.
В случае когда у батарейки сопротивление внешнего контура R значительно превышает внутреннюю величину r, ее считают источником напряжения, а при выполнении обратного соотношения - источником тока.
Как используется закон Ома для полной цепи переменного тока
Электрические системы, работающие на переменном токе, наиболее распространены в энергетике. В этой отрасли они достигают огромной протяженности за счет транспортировки электроэнергии по линиям электропередач.
При увеличении длины ЛЭП возрастает ее электрическое сопротивление, которое создает нагрев проводов и повышает потери энергии на передачу.
Знание закона Ома помогло энергетикам уменьшить лишние затраты на транспортировку электричества. Для этого они воспользовались расчетом составляющей потерь мощности в проводах.
За основу вычислений была взята величина произведенной активной мощности P=E∙I, которую необходимо качественно передать удаленным потребителям и преодолеть суммарные сопротивления:
внутреннее r у генератора;
внешнего R от проводов.
Величина ЭДС на зажимах генератора определяется как Е=I∙(r+R).
Потери мощности Pп на преодоление сопротивления полной цепи выразятся формулой, показанной на картинке.
Из нее видно, что затраты мощности растут пропорционально длине/сопротивлению проводов, а уменьшить их при транспортировке энергии можно увеличением ЭДС генератора или напряжения на линии. Этот способ используют включением в схему повышающих трансформаторов на генераторном конце ЛЭП и понижающих - на приемном пункте электрических подстанций.
Однако этот метод ограничен:
сложностью технических устройств по противодействию возникновения коронных разрядов;
необходимостью отдалять и изолировать провода ЛЭП от поверхности земли;
увеличением излучения энергии ВЛ в пространство (возникновение эффекта антенны).
Современные потребители промышленной высоковольтной и бытовой трехфазной/однофазной электрической энергии создают не только активные, но и реактивные нагрузки с явно выраженными индуктивными или емкостными характеристиками. Они приводят к сдвигу фаз между векторами приложенных напряжений и проходящих в цепи токов.
В этом случае для математической записи временны́х колебаний гармоник применяют , а для пространственного представления используют векторные графики. Ток, передаваемый по ЛЭП, записывается формулой: I=U/Z.
Математическая запись комплексными числами основных составляющих закона Ома позволяет программировать алгоритмы электронных устройств, используемых для контроля и работы сложных технологических процессов, постоянно происходящих в энергосистеме.
Наравне с комплексными числами применяется дифференциальная форма записи всех соотношений. Она удобна для анализа электропроводящих свойств материалов.
Действие закона Ома для полной цепи могут нарушать определенные технические факторы. К ним относятся:
высокие частоты колебаний, когда начинает сказываться инерционность носителей зарядов. Они не успевают двигаться со скоростями изменения электромагнитного поля;
состояния сверхпроводимости определенного класса веществ при низкой температуре;
повышенный нагрев тоководов электрическим током. когда вольтамперная характеристика теряет прямолинейный характер;
пробой изоляционного слоя высоковольтным разрядом;
среда газонаполненных или вакуумных электронных ламп;
полупроводниковые приборы и элементы.
