 |
Контрольные вопросы. Лабораторная работа № 2. Опытная проверка закона Ома. Основные теоретические сведения
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Какие наиболее распространенные системы электроизмерительных приборов существуют? Поясните их устройство, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения.
2. Почему приборы электромагнитной и электродинамической систем могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, а магнитоэлектрической нет?
3. Что такое класс точности электроизмерительных приборов?
4. Почему амперметры должны иметь малое внутреннее сопротивление, а вольтметры − большое?
5. Каким образом приборами магнитоэлектрической системы можно измерить параметры цепей переменного тока?
6. Что такое сопротивление проводника?
7. Объясните назначение и принцип работы шунта.
8. Объясните назначение добавочного резистора и принцип его работы.
Лабораторная работа № 2
ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ОМА
Цель работы: опытным путем проверить справедливость закона Ома для участка цепи.
Оборудование: лабораторный стенд №2 «Опытная проверка закона Ома».
Основные теоретические сведения
Одним из важнейших понятий электродинамики является понятие электрического тока.
Электрическим токомназывается любое упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле.
Существование электрического тока можно обнаружить по его действиям. Различные действия тока (тепловое, магнитное и химическое действия) зависят от силы тока в электрической цепи.
Сила тока (I) – это скалярная физическая величина, численно равная электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника в единицу времени:
(1)
Сила тока − одна из семи основных единиц СИ, т. е единица силы тока имеет эталон и определение. На Международной конференции по мерам и весам в 1948 г. было решено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током − притягивание или отталкивание (магнитное действие тока), в зависимости от направления токов в них.
|
|
|
Заединицу силы токапринимают силу не изменяющегося с течением времени тока, при которой отрезки бесконечных параллельных проводников, расположенных друг от друга на расстоянии 1 м в вакууме взаимодействуютс силой2·10-7Н (0, 0000002 Н), приходящейся на каждый метр их длины. Эту единицу силы тока называют ампером в честь французского ученого Анри Ампера (обозначается А).
Изменяя силу тока в цепи, можно регулировать действия электрического тока. Но чтобы управлять током в цепи, надо знать, от чего зависит сила тока в ней.
Электрический ток в цепи не может существовать без электрического поля, которое и упорядочивает движение заряженных частиц, поэтому, чем сильнее действие электрического поля на эти частицы, тем больше сила тока в цепи. Одной из физических величин, характеризующих действие электрического поля на заряженные частицы, является электрическое напряжение. Поэтому можно предположить, что сила тока зависит от напряжения.
Электрическим напряжением (U)называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда:
(2)
Работу сторонних сил по перемещению заряда характеризует величина, которая называется электродвижущей силой (Э. Д. С. – ℰ ). Электродвижущая сила (Э. Д. С. – ℰ ) − это физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.
|
|
|
Эту работу производят за счет энергии, затрачиваемой в источниках тока (гальванических элементах, аккумуляторах, генераторах и др. ). Источник тока преобразует в электрическую энергию в энергию других видов (механическую, химическую, тепловую, ядерную).
Работу электростатических сил по перемещению заряда характеризует величина, которая называется разностью потенциалов( Δ φ )
Разность потенциалов ( Δ φ ) − это физическая величина, определяемая работой, совершаемой кулоновскими силами при перемещении единичного положительного заряда.
Таким образом, понятие напряжения является обобщенным понятием разности потенциалов:
U= ℰ +Δ φ (3)
Если в электрической цепи нет источников Э. Д. С., то напряжение равно разности потенциалов, а если цепь замкнута, то напряжение равно Э. Д. С, т. к. начальная и конечная точка при движении зарядов совпадают и Δ φ =0.
Единица напряжения (как и разности потенциалов, а так же Э. Д. С) названа вольтом (В) в честь итальянского ученого Алесандро Вольта.
Влиять на упорядоченное движение заряженных частиц (на ток) может не только электрическое поле, но и молекулы, атомы или ионы из которых состоит проводник. Таким образом, при одинаковом напряжении в различных проводниках основная характеристика тока − сила тока, может быть различной, т. е различные проводники по разному «препятствуют» упорядоченному движению заряженных частиц. Физической величиной, характеризующей свойства проводника препятствовать протеканию электрического тока, является электрическое сопротивление (R). В честь Георга Ома единица измерения электрического сопротивления названа ом (Ом).
Впервые установить функциональную зависимость силы тока от свойств электрического поля (выраженных физической величиной напряжением) и от свойств проводника (выраженных физической величиной сопротивлением) для однородного участка цепи удалось немецкому физику Георгу Ому (1787—1854). В честь него этот закон получил название закона Ома для однородного участка цепи:
Сила тока на однородном участке электрической цепи прямо пропорциональна электрическому напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его электрическому сопротивлению:
|
|
|
(4)
Участок цепи называетсяоднородным, если на нем нет источников Э. Д. С.
Справедлив закон Ома и для неоднородного участка электрической цепи, содержащий источники Э. Д. С., и для замкнутой цепи.
|
|
|
