Вказівки до виконання роботи

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 25 из 59Следующая ⇒

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: електричний струм; сила струму і його густина; закон Ома для однорідної і неоднорідної ділянок кола; опір провідників; правила Кірхгофа для розгалужених кіл.

Література: [1, т.2, §§ 2.1–2.3, 2.6; 2, §§ 96–98, 100, 101; 3, §§ 8.9;
4, т.2, §§ 31, 33–36; 7, §§ 3.2.1-3.2.5].

Перед виконанням ознайомитись з вказівками до роботи № 3.1.

Електричним струмом називають впорядковане переміщення заряджених частинок (носіїв заряду). Струмом провідності називають направлений рух вільних носіїв заряду у провідному середовищі. Струми, які утворюються у процесі руху заряджених тіл, називають конвекційними, а короткочасні електричні струми, що виникають у діелектричних середовищах внаслідок зміщення зв’язаних зарядів під дією зовнішнього електричного поля, – струмами поляризації. За напрям струму вважають напрям руху позитивних зарядів. У металах напрям струму є протилежним до напрямку направленого руху електронів.

Основними умовами виникнення струму у провіднику є:

1) наявність вільних носіїв заряду,

2) створення і підтримання у провіднику електричного поля.

Кількісною мірою електричного струму є сила струму і його густина.

Сила струму – скалярна фізична величина, яка чисельно дорівнює електричному заряду, що переноситься через поперечний переріз провідника за одиницю часу:             .

Одиницею вимірювання сили струму є 1 А (ампер).

Густина струму – векторна фізична величина, що чисельно дорівнює електричному заряду, який переноситься через перпендикулярний до напрямку руху носіїв переріз одиничної площі провідника за одиницю часу:                         ,

де  – площа перерізу провідника;  – одиничний вектор нормалі до поверхні перерізу провідника.

Постійним електричним струмом називають такий струм, значення і напрям якого не змінюються, тобто .

Для визначення силу струму в електричних колах використовують закони Ома. Під електричним колом розуміють систему, яка складається із джерел струму (з електрорушійною силою , опором ) і споживачів електричної енергії (з опором ), з’єднаних між собою провідниками.

Закон Ома для однорідної ділянки кола, на який діють тільки кулонівські сили (тобто ділянки, яка не містить джерела струму, , ):

,                          (3.2.1)

де  – різниця потенціалів на кінцях ділянки кола, – напруга;  – зовнішній опір, тобто опір всіх елементів ділянки кола, крім джерела струму.

Якщо у колі діють також сторонні сили, то закон Ома для неоднорідної ділянки кола, тобто ділянки, яка містить джерело струму, можна записати так:

,

де  – електрорушійна сила джерела струму; – внутрішній опір джерела струму.

У разі замкненого (повного) кола, тобто якщо , маємо:

.

Електричний опір провідника – це скалярна фізична величина, яка є властивістю провідника щодо перешкоджання упорядкованому рухові носіїв заряду вздовж нього і вимірюється в омах: 1 Ом – це опір такого провідника, по якому протікає струм в 1 А за напруги на кінцях 1 В.

Наявність опору в металевих провідниках першого роду пов’язана із розсіюванням енергії електронів провідності на теплову енергію коливань кристалічної ґратки або неоднорідності її структури (домішки, дефекти). Цей опір інакше називають активним, або омічним, оскільки розрізняють ще реактивний (індуктивний і ємнісний) опір у колах змінного струму.

Опір провідника залежить від матеріалу, параметрів (довжини, площі поперечного перерізу) та температури. Для провідника циліндричної форми , де  – питомий опір матеріалу, з якого виготовлений провідник, вимірюється в 1 Ом·м;  – довжина провідника;  – площа поперечного перерізу провідника.

Відомо декілька способів вимірювання електричного опору. Для безпосереднього вимірювання опору застосовують омметри. Але часто вдаються до найпростішого способу – методу прямого вимірювання струму та напруги за допомогою амперметра і вольтметра.

Як і до інших вимірювальних приладів, до амперметрів та вольтметрів висувають такі вимоги: після ввімкнення їх у коло не повинно відбуватись помітної зміни режиму роботи всього кола або окремих його ділянок.

Для того щоб виміряти величину струму, треба через прилад пропустити увесь струм (або наперед відому його частину), тому амперметр потрібно вмикати послідовно у розрив тієї ділянки мережі, де потрібно виміряти струм. Однак за такого під’єднання опір амперметра збільшить загальний опір кола і зменшить струм у ньому. Щоб цей ефект зменшити, обмотку амперметрів виконують із невеликої кількості витків дроту значної товщини, завдяки чому обмотка має невеликий опір.

Для вимірювання напруги між будь-якими двома точками електричного кола до них паралельно під’єднують вольтметр, при цьому частина струму тектиме через нього. Щоб зменшити вплив вольтметра на коло, опір вольтметра має бути значно більшим, ніж опір ділянки кола. Тому струм, який проходить через вольтметр, дуже малий.

Якщо амперметр і вольтметр задовольняють зазначеним вимогам, то за їхніми показниками величину невідомого опору розраховують, застосовуючи закон Ома для ділянки кола (3.2.1).

Завдання цієї роботи – визначити похибку в користуванні формулою (3.2.1). На рис. 3.2.1 та рис. 3.2.2 наведено дві можливі схеми під’єднання амперметра і вольтметра для визначення опору.

Першу схему (рис. 3.2.1) застосовують для вимірювання малого опору (порівняно з опором вольтметра). Амперметр у цій схемі вимірює загальний струм, який протікає і по опору R_Х, і по обмотці вольтметра. Якщо опір R_Х малий, то по ньому проходить майже весь струм, оскільки струм, який тече через вольтметр, дуже малий.

Невідомий опір можна знайти за формулою

,                      (3.2.2)

де R_В – опір вольтметра. З формул (3.2.1) і (3.2.2) видно, що R<R_Х, причому чим більший опір вольтметра, тим ближче R до R_Х.

Другу схему (рис. 3.2.2) застосовують для вимірювання великих опорів (порівняно з опором амперметра). Вольтметр у цій схемі вимірює спад напруги і на опорі R_Х, і на обмотці амперметра. Оскільки опір R_Хдуже великий, на нього витрачається майже вся напруга мережі.

Невідомий опір можна знайти за формулою

,                           (3.2.3)

R

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?