Підготовка і порядок роботи з реохорд
1.1. Реохорд призначений для демонстрації вимірювання опору методом містка Уитстона і визначення електрорушійної сили (ЕРС) гальванічних елементів компенсаційним методом, а також для інших дослідів з курсу фізики IX класу загальноосвітньої школи.
2. 1. Габарити реохорда не більше 1130 × 100 × 135 мм
2. 2. Опір провідника - не менше 4, 78 Ом
2. 3. Робоча довжина провідника - 1000 мм.
2. 4. Ціна ділення шкали реохорда - 50 мм.
2. 5. Ціна поділки ноніуса движка - 5 мм.
У комплект виробу входять:
3. 1. реохорд - 1 шт.
3. 2. Керівництво по експлуатації - 1 прим.
Будова і робота реохорд
4. 1. реохорд демонстраційний (рис. 1) складається з підстави (1). На підставі нанесені пятідесятімілліметровие ділення з оцифруванням через кожні 100 мм. У нижній частині основи є направляючі пази. В одному з них, на лицьовій стороні підстави, натягнутий провідник (2), виготовлений з константановой дроту. По краях підстави в направляючих пазах, розташовані скоби (3), службовці для натягу провідника. Тут же розташовані клеми (4), що мають бути включені реохорда в електричний ланцюг.
По напрямних пазів підстави переміщається движок (5). Движок (рис. 2) складається з корпусу (1), в якому знаходиться пластина (2). На пластині закріплена плоска пружина (3), що забезпечує поджатие контакту (4) до провідника реохорда. З лівого боку движка є кнопка (5). При натисканні кнопки контакт віджимається від провідника, що оберігає її і контакт т стирання під час переміщення движка уздовж підстави. На движку є клема (6), що служить для під'єднання реохорда в електричний ланцюг.
ПІДГОТОВКА І ПОРЯДОК РОБОТИ З реохорд
5. 1. Встановити реохорд на лабораторному столі або закріпити на стіні, класній дошці через отвори в опорах (7), рис. 1.
5. 2. Провести необхідні з'єднання реохорда з елементами зібраної схеми.
5. 3. При використанні реохорда необхідно врахувати, що через провідник можна пропускати струм не більше 2А, напругою не більше 12 В.
5. 4. При переміщенні движка уздовж підстави необхідно натискати на кнопку, щоб не стирати провідник.
5. 5. При дослідах необхідно включати струм тільки короткочасно, щоб уникнути перегріву провідника.
5. 6. Після закінчення роботи, необхідно відключити реохорд від елементів схеми.
6. ПРОВЕДЕННЯ ДЕМОНСТРАЦІЙНИХ ДОСЛІДІВ
6. 1. Вимірювання опору містком Унтстона.
6. 1. 1. Діагональ чотирикутника (АВ) утворена джерелом постійного струму і ключем (К), що замикає ланцюг харчування. Інша діагональ (БГ) утворена гальванометром (з «О» посередині шкали). Сторони чотирикутника отримали назву «плечі моста». На схемі ці плечі утворені електричним опором Rx R1 R2 R3
Вихідним вимогою балансу схеми є відсутність струму в діагоналі БГ, т. Е. Відсутність напруги на затискачах гальванометра. Це можливо в тому випадку, якщо в точках Б і Г - рівні потенціали, що станеться, якщо падіння напруги Rx буде рівне падінню напруги на R3. а падіння напруги R1 буде рівне падінню напруги на R2.
Це умовно можна записати:
Визначимо з рівняння (1) величину IБ
(3) і підставимо її в рівняння (2);
Скорочуючи рівняння, отримаємо:
Це і є формула, яка визначає момент електричної рівноваги (балансу) мостиковой схеми. Формула вказує на те, що баланс настає при рівності творі опорів протилежних плечей. Якщо опору плечей такі, що рівняння (6) виконується, то струм, що йде через місток (діагональ БГ), відсутній і стрілка гальванометра буде стояти на нулі шкали.
З формули (5) видно, що в містку Уитстона по суті робиться порівняння невідомого опору Rx з магазином зразкових мір опорів R3. Опору R1, і R2. можуть мати довільну величину, і тільки має бути добре відомо їхнє ставлення один до одного. Це ставлення дасть коефіцієнт, на який потрібно помножити значення зразкового опору R3. щоб отримати значення вимірюваного опору Rx.
Отже, знаючи величину опорів трьох плечей, опір четвертого плеча можна визначити простим розрахунком. Саме це і дозволяє застосувати мостикову схему для вимірювань опорів. З формули (5) видно, що рівновага містка може бути отримано двома способами: або шляхом вимірювання опору R3. або за допомогою зміни ставлення опорів R1 і R2.
6. 1. 2. Розглянемо рис. 3. Зібрана тут схема лінійного містка Уитстона складається з демонстраційного реохорда (1), демонстраційного магазину опорів (2), гальванометра демонстраційного (3), ключа замикання струму (4), джерела живлення постійного струму напругою 12 В (акумулятор або сухі батареї (5 ) невідомого опору Rx. величину якого треба виміряти.
Так як баланс схеми найбільш точно визначається пої рівність опорів, то бажано для вимірювання взяти невідоме опір такої величини, щоб воно було в межах величин опорів магазину. Движок реохорда встановлюється посередині шкали. Величина опору магазину встановлюється підбором вставлених штепселів, приблизно рівного величині невідомого опору. На короткий час замикаючи ланцюг ключем, спостерігаємо за стрілкою гальванометра. Підбирається такий опір магазину, при якому стрілка гальванометра буде мати найменше відхилення від нуля. Потім, продовжуючи короткочасно замикати ланцюг ключем, пересуваємо движок вздовж провідника вправо або вліво до такої точки (С1), коли стрілка гальванометра при замиканні ланцюга перестане відхилятися в ту або іншу сторону від куля. Потім, продовжуючи короткочасно замикати ланцюг ключем, пересуваємо движок вздовж провідника вправо або вліво до такої точки (С1), коли стрілка гальванометра при замиканні ланцюга перестане відхилятися в ту або іншу сторону від нуля. Зауважимо відстань АС1 (l2) і С Б (l1), відраховуючи їх по розподілам шкали реохорда.
Магазин опорів необхідно приєднувати до ланцюга товстими і короткими провідниками.
Невідоме опір краще приєднувати безпосередньо до клеми магазину і до клеми реохорда.
6. 2. Визначення ЕРС гальванічних елементів компенсаційним способом.
6. 2. 1. Розглянемо рис. 4. Зібрана схема складається з реохорда демонстраційного (1), джерела струму (2), напругою 1,2 - 2 В, демонстраційного гальванометра (4), випробуваного елемента (3) і двох ключів (5).
При складанні кола джерела струму елементи приєднуються до реохорда в точці А однойменними полюсами. Замикаємо обидва, ключа і, пересуваючи рухливий контакт реохорда, знаходимо таке його положення (С), при якому стрілка гальванометра буде відхилятися від нульового положення.
Струм через гальванометр і елемент не проходить тому, що в точках А і С є різниця потенціалів від джерела струму, що дорівнює ЕРС елемента.
Зауважимо відстань АС. Замінюємо елемент на інший з відомим ЕРС, наприклад, елементом Даніеля, пересуваючи движок реохорда, знову знаходимо таке його положення (С1) при якому стрілка гальванометра буде відхилятися від нуля.
Зауважимо відстань АС1.
Очевидно, що для першого випадку Е1 = IR1 де Е1 - ЕРС випробуваного елемента або різниця потенціалів в точках А і С, I - сила струму в дроті реохорда, R1 - опір ділянки АС (l1); для другого випадку Е2 = IR2. де Е2 - ЕРС елемента Даніеля, I-сила струму в дроті реохорда, R2 - опір ділянки АС1 (l2).
Так як сила струму в обох випадках одна і та ж, то, розділивши одне рівняння на інше, отримаємо:
Опір ділянок дротів і реохорда пропорційно довжині цих ділянок, тому можна замість відносини опорів ділянок взяти відношення довжин цих ділянок
т. к. Е2 відомо, а ll і l2 знаходять по шкалі реохорда, то можна визначити Е1 - ЕРС випробуваного елемента.
При проведенні цього досвіду необхідно застосовувати джерело струму достатньої потужності, здатний виділяти без помітного падіння напруги струм силою 2А.