Материал: МУ к ЛБ электромагнетизм - ФИЗИКА

5. Поступово зменшуючи за допомогою потенціометра R напругу живлення, зробити 8 вимірювань значень координат x і y верхнього кінця петлі при різних напругах. Записати отримані величини до таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 – Результати вимірювань та розрахунків

6.За формулами (5.9) і (5.10) визначити E і D та занести їх до таблиці.

7.Побудувати графік D=f(E).

Звіт має містити: мету роботи; схему лабораторної установки; результати вимірювань, зведені в таблиці; графіки залежностей D(E); ε(E) з зазначеними на них похибками; стислі висновки.

5.6 Контрольні запитання і завдання

1.Які речовини називають діелектриками?

2.Що таке поляризація діелектрика? Типи поляризації.

3.Що являє собою вектор поляризації? Який його фізичний зміст?

4.Записати зв'язок вектора електричного зміщення з вектором поляризації.

5.Що таке діелектрична проникність речовини?

6.Що таке спонтанна поляризація діелектриків?

7.Який клас діелектриків відноситься до сегнетоелектриків? Як поводять себе сегнетоелектрики у зовнішньому електричному полі?

8.Що являє собою явище гістерезису для сегнетоелектриків?

9.Що таке коерцитивна сила та залишкова поляризованість?

31

6 ВИМІРЮВАННЯ ОПОРІВ МЕТОДОМ МОСТОВОЇ СХЕМИ

6.1 Мета роботи: навчитися використовувати правила Кірхгофа для розгалужених кіл, опанувати метод мостової схеми та визначити невідомі опори за допомогою цього методу .

6.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Одним з найбільш точних методів вимірювання опорів є метод моста Уїтстона. Міст Уїтстона зображений на рис. 6.1.

Рисунок 6.1

На схемі між клемами a і b встановлений калібрований дріт-реохорд, який має повзунковий контакт d, U – постійна напруга, створювана джерелом живлення, R – відомий опір, Rx – невідомий опір, Г – гальванометр, l1 і l2 – «плечі»

реохорду (довжина дроту).

Метод вимірювання опорів за допомогою мосту Уїтстона оснований на порівнянні невідомого опору Rх з відомим опором R. Найбільш просто ця задача розв’язується за допомогою двох правил Кірхгофа для розгалужених ланцюгів. Будь-яка точка розгалуженого ланцюга, у якій сходиться не менш трьох провідників зі струмом, називається вузлом ланцюга. При цьому струм, що входить у вузол, вважається позитивним, а той, що виходить з вузла – негативним.

При протіканні струму кожен вузол має залишатися нейтральним. Наслідком цього є перше правило Кірхгофа [2–5]: алгебраїчна сума струмів, що

сходяться у вузлі, дорівнює нулю:

∑Ik = 0 ,

Друге правило Кирхгофа ґрунтується на законах Ома для повного кола й для ділянки кола [2-5] і має наступне формулювання: у будь-якому замкнутому колі, довільно обраному в розгалуженому електричному ланцюзі, алгебраїчна сума добутків сил струмів Ii на опори Ri відповідних ділянок цього контуру

дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС εk, які діють у даному колі:

∑Ii Ri = ∑εk .

32

Нехай струми в плечах моста та в діагоналі cd протікають так, як позначено на рис. 6.1. Тоді за правилами Кірхгофа для розгалужених кіл можна скласти наступні п'ять рівнянь з п'ятьма невідомими (на рис.6.1 як джерело ЕРС ε вико-

де RΓ – опір гальванометра;

R1 і R2 опори «плечей» реохорда l1 і l2 .

Змінюючи положення повзункового контакту d реохорда (і тим самим змінюючи співвідношення між l1 і l2 ), можна добитися того, щоб потенціал

точки d був рівний потенціалу точки с (ϕd = ϕc ). У цьому випадку струм через

гальванометр не протікає ІГ = 0 (міст збалансований). Враховуючи це, рівняння

(6.1), (6.2), (6.3), (6.5) слідспростити:

перерізу.

Підставивши значення R1 і R2 (6.12), (6.13) у співвідношення (6.11),

Таким чином, підібравши відповідну довжину «плечей» реохорда l1 і l2

33

і знаючи еталонний опір R , можна визначити і Rx .

6.3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з еталонного опору R; невідомих опорів (Rx1, Rx2, Rx3), реохорда, гальванометра, джерела постійної напруги (1–1,5 В).

Схема (рис. 6.1) відповідає схемі лабораторної установки. В лабораторній установці невідомими опорами є три резистори Rx1, Rx2, Rx3. Дослідним шляхом визначаються опори кожного з них та опори при їх комбінованому послідовному і паралельному вмиканнях.

6.4Порядок виконання роботи і методичні вказівки з її виконання

1.Скласти схему (рис. 6.1) з резистором Rx1.

2.Увімкнути джерело живлення. Переміщуючи повзунок реохорда, встановити силу струму, що дорівнює нулю. Виміряти за шкалою реохорда

4.Від'єднати Rx1 і під'єднати замість ньогоRx2 , а потім Rx3 .

Виконати завдання пп. 2 та 3.

5.Під'єднати до клем а і с як невідомий опір Rx два резистори, що з'єд-

нані паралельно, а потім послідовно. Виконати завдання пп.2 та 3.

6. Під'єднати до клем а і сяк невідомий опір Rx три резистори Rx1 , Rx2 , Rx3 ,

щоз'єднаніпаралельно, апотімпослідовно. Виконатизавданняп. 2 та3.

7. Знаючи значення опорівRx1 , Rx2 , Rx3 , визначити за теоретичними

формулами опори при їх паралельному і послідовному вмиканнях. Результати занести до таблиці 6.1.

8. Знайти похибки методу вимірювань.

34

6.5 Зміст звіту

Звіт має містити: мету роботи, схему лабораторної установки, результати вимірювань, розрахунок невідомих опорів Rx1, Rx2, Rx3, розрахунки опору при послідовному та паралельному з’єднанні резисторів, виконані за допомогою мостової схеми і за допомогою теоретичних формул, статистичну обробку результатів вимірювань, стислі висновки.

6.6 Контрольні запитання і завдання

1.Сформулювати і записати правила Кірхгофа.

2.Використовуючи правила Кірхгофа, вивести формулу невідомого

опору.

3.Від чого залежить опір провідників?

4.Як визначається опір при послідовному та паралельному з'єднаннях резисторів? Вивести відповідні формули.

5.При якому співвідношенні довжини «плечей» реохорда l1 і l2 похиб-

ка вимірювання Rx буде найменшою?

6. Які переваги має мостовий метод визначення опорів у порівнянні з використанням для цього амперметра та вольтметра?

7 ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ЗАРЯДЖАННЯ ТА РОЗРЯДЖАННЯ КОНДЕНСАТОРА

7.1Мета роботи: дослідження закономірностей квазістаціонарних струмів на прикладі процесівзаряджання та розряджання конденсатора.

7.2Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Конденсатор – система з двох чи більше провідників (обкладинок), розділених діелектриком, яка має здатність накопичувати електричні заряди. Зв'язок між електричним зарядом на одній із обкладок конденсатора q та різницею потен-

ціалів між обкладками U визначається співвідношенням q =UC .

Розглянемопроцесзаряджанняконденсаторазасхемою, наведеноюнарис. 7.1. Після замикання ключа К по колу піде струм

заряджання I , на обкладках конденсатора з'являться та почнуть зростати із часом електричні за-

ряди, які будуть однаковими за величиною та протилежними за знаком. Одночасно почне зростати і різниця потенціалів (напруга) між обклад-

ками конденсатора UC доки не сягне значення, яке дорівнює ЕРС джерела напруги ε. Знайдемо

35