Лабораторная работа № 2
ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
МЕТОДОМ ВОЛЬТМЕТРА-АМПЕРМЕТРА


Цель работы: изучить методы прямых и косвенных измерений основных электрических величин: напряжения, тока и сопротивления.

Приборы и принадлежности: источник постоянного напряжения (0-5в), миллиамперметр, вольтметр, лампочка накаливания, резистор, соединительные провода, сборочная панель, 2 листа миллиметровой бумаги формата А4.

Теоретическое обоснование эксперимента

Для прямых измерений сопротивления используются специальные приборы – омметры. Однако в ряде случаев, например при измерении нелинейных элементов, возникает необходимость использовать косвенный способ измерения сопротивления – метод вольтметра-амперметра, который вытекает непосредственно из закона Ома и согласно которому сопротивление

R=.  (2.1)

Измеряя напряжение U и силу тока I, можно вычислить R. Вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис.2.1) называют зависимость силы тока, протекающего через сопротивление, от напряжения, приложенного к нему. Если зависимость I от U, т. е. функция I =f(U), линейна (рис.2.1), то это означает, что величина R=const, и такое сопротивление называют линейным. Если же сопротивление зависит от напряжения, R=f(U), то сопротивление называют нелинейным, т. к. зависимость I от U криволинейна (рис.2.2). ВАХ позволяет найти сопротивление нелинейного элемента при любых значениях напряжения и тока. В общем случае величина сопротивления нелинейного элемента,

,  (2.2)

  Рис.2.1  Рис.2.2

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

которое в данном случае называется дифференциальным сопротивлением и в разных точках ВАХ может иметь различное значение.

В данной  работе изучается ВАХ резистора R и лампочки накаливания Л, нить накала которой при  прохождении через неё тока разогревается, вследствие чего происходит изменение её сопротивления.

Проведение измерения и обработка результатов

Экспериментальная установка (рис.2.3) включает в себя: е ─ блок питания  с регулируемым выходным напряжением; mA ─многопредельный амперметр; V ─ многопредельный вольтметр; R ─ резистор; Л ─ лампочка накаливания.

Проведение эксперимента сводится к измерению напряжений на каждом элементе при разной силе тока в цепи (рис.2.3): напряжения UR ─ на резисторе R и напряжения UЛ  на лампочке накаливания. Результаты измерений занесите в таблицу 2.1. Напряжение измеряется вольтметром (V), который поочередно подключается к резистору и лампочке, а сила тока измеряется с помощью миллиамперметра (mA).

  Рис.2.3

Сведения, необходимые для работы с приборами

Цена деления , где X - предел измерения измерительного прибора, а N – полное число делений на шкале измерительного прибора. Тогда сила тока I=CI. nI, где  CI  – цена деления и nI – число делений, отмечаемых стрелкой миллиамперметра, а напряжения на резисторе UR и на лампочке UЛ вычисляются по  формулам: UR =CU. nR  и UЛ  =CU. nЛ, где CU – цена деления вольтметра, а nR и. nЛ – числа деления вольтметра при измерении на резисторе и лампочке соответственно.

Задание 1.Измерение линейного сопротивления резистора.

Подключив вольтметр к резистору и постепенно увеличивая силу тока в цепи, каждый раз записывать показания вольтметра UR и амперметра IR в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

CI=  (mA/дел);  CU=  (В/дел)


N

IR= CI. nI

10-3 (A)

UR =CU. nR 

(B)

R(Ом)

(Ом) ,

IЛ= CI. nI

(A)

UЛ =CU. nЛ

(B)

1

=

2

3

4

5

6

=

7

8

9

10

=

11

12

13

  (2.3)


Вычислить сопротивление резистора R при разной силе тока. Определить среднее значение , абсолютную и относительную погрешности. Построить график I(U) и по графику определить сопротивление резистора, заменив в формуле (2.2) дифференциалы конечными приращениями ДU, ДI (формула 2.3). Сравнивать оба значения сопротивления и сделать выводы.

Результаты и выводы ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 2. Изучение ВАХ лампочки накаливания


Подключив вольтметр к лампочке и постепенно увеличивая силу тока в цепи, каждый раз записывать показания вольтметра UЛ и амперметра IЛ в таблицу 2.1. Построить вольт-амперную характеристику лампочки накаливания. Определить с помощью построенного графика дифференциальное сопротивление лампочки в нескольких точках  ВАХ, заменив дифференциалы конечными приращениями ДU, ДI. Для этого в указанных преподавателем точках графика необходимо провести касательную и вычислить отношение  .

Результаты и выводы

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

Понятия электрических величин: напряжения, силы тока, сопротивления и единицы их измерения. Закон Ома. Нелинейное сопротивление. Вольт-амперная характеристика. Дифференциальное сопротивление и его вычисление. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.