Измерение сопротивлений проводников с помощью моста Уитстона

       Работа  и мощность тока

       Под работой тока понимается работа сил  (кулоновских и сторонних)  по перемещению электрических зарядов на участке цепи.

       Из  соотношения (9):                             (32)

       Учитывая  закон Ома U = I R , можно записать:

                                                                            (33)

       Сравнивая полученные соотношения с законом Джоуля-Ленца (25), видим, что А = Q_т, т.е. нагревание проводника происходит за счёт работы сил, перемещающих электрические заряды, и закон Джоуля-Ленца является следствием закона сохранения энергии.

       Работа  источника тока определяется работой сторонних сил по перемещению электрического заряда. Из соотношения (6) с учётом формулы (1′), получим:

                                                                              (34)

       Мощность  тока численно равна работе электрического тока, совершаемой в единицу времени:

                                                                                                      (35)

       С учётом формулы (32) получим:

                                                                                    (36)

       Мощность  источника тока:

                                                                                                (37)

       С учётом соотношения (34) получим:

                                                                                                  (38)

       В случае замкнутой цепи работа кулоновских сил обращается в нуль, так как поле этих сил потенциально,  и работу совершают только сторонние силы. Поэтому полная работа для всей замкнутой цепи равна работе источника:

                                                                                              (39)

       Полезная  мощность, выделяемая во всей цепи, также  равна мощности, выделяемой в источнике тока:

                                                                                  (40)

       Работа  электрического тока измеряется в джоулях (Дж). Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт). 

       Вывод расчетных формул

       Измерительным мостом называется электрическая цепь, используемая для измерения физических величин методом их сравнения с мерой соответствующих физических величин, а также величин функционально с ними связанными.

       Мост  Уитстона представляет собой последовательное соединение четырёх резисторов R₁, R₂, R₃, R₄ сопротивление одного из которых неизвестно и подлежит определению (рис. 7).

                  

                                                Рис. 7.

       

                                                  Рис. 8.

       Одна  диагональ – АВ четырёхполюсника соединяется с источником тока  (в общем случае постоянного или переменного). В другую диагональ включают индикатор тока. Эту диагональ называют мостиком.

       Рабочая схема моста Уитстона (рис. 8) отличается от приведённой на рис. 7 принципиальной схемы тем, что проводник АВ представляет собой калиброванную проволоку из однородного материала с большим сопротивлением, натянутую на линейку с делениями и называемую реохордом. Контакт Д – подвижный. В плечо АС включён резистор с известным сопротивлением, в плечо СВ – с искомым сопротивлением Rx. Источник постоянного тока подключается к точкам А и В.

       Для определения сопротивления Rx мостик приводится в равновесие при помощи подвижного контакта Д. Равновесие наступает тогда, когда потенциалы точек С и Д становятся равными, и ток Ig гальванометре G отсутствует.

       Применяя I правило Кирхгофа к узлам С  и Д, получаем: 

                   (42), (43)

       Применим II правило Кирхгофа к контурам АСД и СВД. Выберем направление обхода контуров по часовой стрелке, как показано на рис. 7. Учитывая, что ЭДС в этих контурах равна нулю, получаем:

                   (44), (45)

       Разделив  почленно уравнение (42) на уравнение (43), получаем:

 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Практическая  часть

       Лабораторная  работа № 203

       Измерение сопротивлений проводников с  помощью моста Уитстона.

       Приборы и оборудование: блок питания «КаскаД»,  сменный модуль, измерительные приборы.

       Рабочая формула: ;

                                        - последовательное соединение;

                                                      - параллельное соединение;

       Результаты  измерений:

                                                                                                               Таблица 1

№ п/п	Положение тумблеров	R1, Ом	R2, Ом	Rх, Ом	Rх ср, Ом
1	\\	910	300	1001	(92 8)
2	//	1500		1650
3	\ /	353		388
4	/ \	578		636

 
 

       Расчет искомой величины:

       R₀=330 Ом, погрешность 5%            

        R₀=5%;  R₁=2%; R₂=2%;

       R_x1 =330 ;

       R_x2 =330 ;

       R_x3 =330 ;

       R_x4 =330 ;

    ;

    ;

    ;

     

       R_xср = ;

         R_xср = ;

       

       R_xср=(92 8)*10 Ом; 

       R_x1 =(100 6)*10 Ом;

       R_x2 =(165 9) *10 Ом;

       R_x3 =(39 9) *10 Ом;

       R_x4 =(65 9) *10 Ом; 

       Вывод: Изучив, мостовые методы измерений, мы с легкостью можем проводить измерение сопротивлений с особой точностью. 
 

        
 
 
 
 
 

       5 Заключение

       В ходе проделанной работы мной были изучены мостовые методы измерений, разработан сменный модуль для  измерения сопротивлений проводников, также был модифицирован блок питания «Каскад» (обычный слот заменен на USB-порты, добавлено дополнительное оборудование). Приобретен незаменимый опыт работы с теоритическим материалом и технической частью курсового проекта. Итогом курсовой работы является модернизация лабораторной работы № 203 «Измерение сопротивлений проводников с помощью моста Уитстона». Изучив мостовые методы измерений, я с легкостью могу проводить измерение сопротивлений с особой точностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       6. Список используемых источников

1. Т.И. Трофимова, Курс физики: учеб. Пособие для вузов – 12-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 560с.
2. Г.Я. Мякишев, Физика. 11 класс: учебное пособие для общеобразоват. учреждений: базовый и профильный уровни / Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. – 17-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 2008. – 399 с.
3. И.В. Савельев, Курс общей физики: Учеб. Пособие. В 3-х т. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – 3-е изд., испр. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. Лит., 1988. – 496 с.
4. http://ru.wikipedia.org/wiki
5. http://www.helpw.ru/indukcia.php
6. В.С. Волькенштейн, «Сборник задач по общему курсу физики». М.: Олимп, 1999. – 592 с.
7. http://injzashita.com/raschetinduktivnost.html
8. Р.А. Дондукова. Руководство по проведению лабораторных работ по физике для средних специальных учебных заведений. 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1988. – 79 с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       7 Приложение

       7.1 Технический паспорт  к лабораторному  блоку питания  «Каскад» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение .....................................................................................................3

1. Назначение..............................................................................................3

2. Технические характеристики................................................................4

3. Меры безопасности ...............................................................................4

4. Конструкция и работа  блока ...............................................................4

5. Комплектность .......................................................................................5

Приложение А. Принципиальная схема БП «КаскаД»-mod_1..............6

Приложение В.  Схема разводки  БП «КаскаД»-mod_1……………….7 
 
 
 
 
 

Введение

     Настоящий  паспорт  и руководство по эксплуатации  предназначен для ознакомления преподавателя и студентов с устройством, принципом действия, конструкцией, работой и техническим обслуживанием лабораторного блока питания «КаскаД»-mod_1 (в дальнейшем именуемого «КаскаД»). Блок выпущен в одном конструктивном исполнении – в пластмассовом корпусе.

1. Назначение

• Лабораторный блок питания «Каскад» предназначен для обеспечения питания, как стабилизированным напряжением постоянного, так и переменного токов  сменных модулей, применяемых в лабораторных работах.

• Лабораторный блок питания «КаскаД» так же обеспечивает синхронизацию сменного модуля с измерительными приборами, осциллографами, генераторами и мостами сопротивлений.
• Питание «КаскаД(а)» осуществляется от сети переменного тока 220 В 50 Гц.
• Изделия имеют защиту от перегрузки по току и от короткого замыкания  (КЗ) по выходу, от повышенного напряжения на выходе.
• «КаскаД» обеспечивает индикацию состояния сетевого напряжения, а также выходного напряжения.
• «КаскаД» предназначен для эксплуатации в закрытых помещениях с регулируемыми и нерегулируемыми климатическими условиями, в том числе в местах, подверженных вибрации от работающих машин и механизмов. 
• Условия эксплуатации: