Laboratoriya ishi № 8

Mavzu: "Tok manbaining elektromotor kuchini va ichki qarshiligini aniqlash».

Maqsad: manbaning elektromotor kuchi va ichki qarshiligini aniqlashni o'rganing elektr energiyasi.

Uskunalar: 1. Laboratoriya ampermetri;

2. Elektr energiyasining manbai;

3. ulash simlari,

4. 2 ohm va 4 ohm qarshiliklar to'plami;

5. Bir qutbli kalit; kalit.

Nazariya.

Har qanday manbaning qutblarida potentsial farqning paydo bo'lishi musbat va ajralish natijasidir manfiy zaryadlar. Bu ajralish tashqi kuchlar tomonidan bajarilgan ish tufayli yuzaga keladi.

Oqim manbalaridan erkin zaryad tashuvchilarga ta'sir qiluvchi, kelib chiqishi elektr bo'lmagan kuchlar deyiladi tashqi kuchlar.

Harakatlanayotganda elektr zaryadlari zanjir bo'ylab to'g'ridan-to'g'ri oqim joriy manbalar ichida harakat qiluvchi tashqi kuchlar ishlaydi.

Tok manbai ichidagi q zaryadini harakatlantirganda tashqi kuchlarning A st ishining ushbu zaryad qiymatiga nisbatiga teng jismoniy miqdor deyiladi.manba elektromotor kuchi (EMF):

EMF bitta musbat zaryadni ko'chirishda tashqi kuchlar tomonidan bajarilgan ish bilan belgilanadi.

Elektromotor kuch, potentsial farq kabi, o'lchanadi volt[DA].

EMFni o'lchash uchun manba, sizga kerak qo'shilish unga ochiq elektron voltmetr.

Oqim manbai o'tkazgichdir va har doim bir oz qarshilikka ega, shuning uchun oqim unda issiqlik hosil qiladi. Bu qarshilik deyiladi manba ichki qarshilik va belgilang r.

Agar sxema ochiq bo'lsa, u holda tashqi kuchlarning ishi oqim manbaining potentsial energiyasiga aylanadi. Yopiq kontaktlarning zanglashiga olib, bu potentsial energiya qarshiligi R bo'lgan tashqi kontaktlarning zanglashiga olib boradigan va r qarshiligi bo'lgan zanjirning ichki qismida harakatlanuvchi zaryadlar ishiga sarflanadi, ya'ni. e = IR + Ir .

Agar sxema R qarshiligi va ichki qarshiligi r bo'lgan tashqi qismdan iborat bo'lsa, u holda energiyaning saqlanish qonuniga ko'ra, manbaning EMF kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi va ichki qismlaridagi kuchlanishlar yig'indisiga teng bo'ladi. , chunki yopiq kontur bo'ylab harakatlanayotganda, zaryad o'zining dastlabki holatiga qaytadi, bu erda IR- kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi qismidagi kuchlanish va Ir- zanjirning ichki qismidagi kuchlanish.

Shunday qilib, EMF o'z ichiga olgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismi uchun:

Bu formula ifodalaydi uchun Ohm qonuni to'liq zanjir : to'liq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim kuchi manbaning elektromotor kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi va ichki bo'limlari qarshiliklari yig'indisiga teskari proportsionaldir.

e va r ni empirik tarzda aniqlash mumkin.

Ko'pincha elektr energiyasi manbalari kontaktlarning zanglashiga olib kelishi uchun o'zaro bog'langan. Batareyadagi manbalarning ulanishi ketma-ket va parallel bo'lishi mumkin.

Seriyali ulanish bilan ikkita qo'shni manba qarama-qarshi qutblar bilan bog'langan.

Ya'ni, batareyalarni ketma-ket ulash uchun birinchi batareyaning musbat terminali elektr davrining "ortiqcha" ga ulanadi. Ikkinchi batareyaning musbat terminali uning salbiy terminaliga ulangan va hokazo. Oxirgi akkumulyatorning salbiy terminali elektr pallasida "minus" ga ulangan.

Seriyali ulanish natijasida hosil bo'lgan batareya bitta batareya bilan bir xil quvvatga ega va kuchlanish batareya unga kiritilgan batareyalarning kuchlanishlari yig'indisiga teng. Bular. agar batareyalar bir xil kuchlanishga ega bo'lsa, u holda batareyaning kuchlanishi batareyadagi batareyalar soniga ko'paytiriladigan bitta batareyaning kuchlanishiga teng bo'ladi.

1. Batareyaning EMF alohida manbalarning EMF yig'indisiga teng e= e 1 + e 2 + e 3

2 . Manbalar batareyasining umumiy qarshiligi alohida manbalarning ichki qarshiliklari yig'indisiga teng r batareyalar = r 1 + r 2 + r 3

Agar akkumulyatorga n ta bir xil manbalar ulangan bo'lsa, akkumulyatorning EMF e= n e 1, batareyaning qarshiligi r = nr 1 bo'ladi.

3.

Da parallel ulanish ikki yoki undan ortiq barcha ijobiy va barcha salbiy qutblarni ulangn manbalar.

Ya'ni, parallel ulanganda, batareyalar barcha batareyalarning musbat terminallari elektr zanjirining bir nuqtasiga ("plyus") ulangan va barcha batareyalarning salbiy terminallari kontaktlarning zanglashiga olib keladigan boshqa nuqtasiga ulangan bo'ladi. ("minus").

Faqat parallel ravishda ulang manbalar Bilan bir xil EMF. Parallel ulanish natijasida hosil bo'lgan akkumulyator bitta akkumulyator bilan bir xil kuchlanishga ega va bunday batareyaning quvvati unga kiritilgan batareyalar quvvatlarining yig'indisiga teng. Bular. agar batareyalar bir xil quvvatga ega bo'lsa, u holda batareyaning quvvati batareyadagi batareyalar soniga ko'paytirilgan bitta batareyaning quvvatiga teng.

1. Bir xil manbalar batareyasining EMF bir manbaning EMF ga teng. e= e 1 = e 2 = e 3

2. Batareyaning qarshiligi bitta manbaning qarshiligidan kamroq r batareyalar = r 1 / n
3. Ohm qonuniga ko'ra, bunday zanjirdagi oqim kuchi

Batareyada saqlanadigan elektr energiyasi, batareyalar parallel yoki ketma-ket ulanganligidan qat'i nazar, alohida batareyalar energiyalari yig'indisiga teng (agar batareyalar bir xil bo'lsa, alohida batareyalar energiyalarining mahsuloti). .

Xuddi shu texnologiya yordamida ishlab chiqarilgan batareyalarning ichki qarshiligi batareya quvvatiga taxminan teskari proportsionaldir. Shuning uchun, parallel ulanish bilan batareyaning quvvati unga kiritilgan batareyalar quvvatlarining yig'indisiga teng, ya'ni u ortadi, ichki qarshilik kamayadi.

Taraqqiyot.

1-rasm.

4. Pastroq qarshilik R ni kiritish orqali sxemani yoping 1 1 . Zanjirni oching.

5. R qarshiligini ko'proq kiritish orqali sxemani yoping 2 . Joriy I ning qiymatini yozing 2 . Zanjirni oching.

6. Elektr energiyasi manbasining EMF va ichki qarshiligining qiymatini hisoblang.

Har bir holat uchun to'liq elektron uchun Ohm qonuni: va

Bu yerdan e va r ni hisoblash formulalarini olamiz:

7. Barcha o'lchov va hisob-kitoblarning natijalarini jadvalga yozing.

8. Xulosa tuzing.

9. Xavfsizlik savollariga javob bering.

TEST SAVOLLARI.

1. Ochish jismoniy ma'no"Tok manbaining elektr harakatlantiruvchi kuchi" tushunchasi.

2. Olingan o'lchovlar natijalari va to'liq zanjir uchun Ohm qonunidan foydalanib, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi qismining qarshiligini aniqlang.

3. Nima uchun batareyalar ketma-ket ulanganda ichki qarshilik kuchayadi va parallel ulanganda qarshilik r bilan solishtirganda kamayadi. 0 bitta batareya.

4. Qaysi holatda generator terminallariga ulangan voltmetr generatorning EMF ni ko'rsatadi va qanday holatda kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi qismining uchlarida kuchlanish bo'ladi? Ushbu kuchlanishni kontaktlarning zanglashiga olib keladigan ichki qismining uchlaridagi kuchlanish deb ham hisoblash mumkinmi?

O'lchov opsiyasi.

Tajriba 1. Qarshilik R 1 \u003d 2 Ohm, oqim kuchi I 1 \u003d 1,3 A.

Qarshilik R 2 \u003d 4 Ohm, oqim kuchi I 2 \u003d 0,7 A.

Ishning maqsadi: tok manbaining elektromotor kuchini kompensatsiya usuli bilan o'lchash.

Asboblar va jihozlar: tok manbaining elektromotor kuchini kompensatsiya usuli bilan o'lchash uchun o'rnatish.

Nazariy aralashtirish

Elektr toki - bu elektr zaryadlarining yo'naltirilgan harakati. Elektr toki odatda oqim kuchi bilan tavsiflanadi - elektr zaryadlari bilan aniqlangan skalyar miqdor vaqt birligida o'tkazgichning kesimidan o'tish :

. (1)

Tok kuchining birligi amper (A). Agar har qanday teng vaqt oralig'ida bir xil miqdordagi elektr toki (elektr zaryadi) o'tkazgichning kesimidan o'tsa, bunday oqim doimiy deb ataladi. An'anaviy ravishda harakat yo'nalishi o'tkazgichdagi elektr tokining yo'nalishi sifatida qabul qilinadi ijobiy zaryadlar(1a-rasm).

Jismoniy miqdor o'tkazgichning kesimining birlik maydonidan o'tadigan oqim kuchi bilan aniqlanadi , oqim yo'nalishiga perpendikulyar, oqim zichligi deyiladi :

. (2)

Joriy zichlik vektor hisoblanadi , uning yo'nalishi musbat zaryadlarning tartibli harakati bilan mos keladi.

1826 yilda elektr zanjirining bir jinsli kesimi uchun Om qonuni eksperimental ravishda o'rnatildi (1b-rasmdagi elektron sxema yoki 1a-rasmdagi ad, DC, cb bo'limlari), bu bir jinsli o'tkazgichdagi tok kuchi to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini bildiradi. kuchlanish uning uchlarida va o'tkazgichning qarshiligiga teskari proportsionaldir :

, (3)

Supero'tkazuvchilar qarshiligi o'tkazgich ishlab chiqarilgan materialga, uning chiziqli o'lchamlari va shakliga bog'liq:

, (4)

qayerda - o'tkazgichning materialini tavsiflovchi o'ziga xos elektr qarshiligi; - o'tkazgich uzunligi; - o'tkazgichning tasavvurlar maydoni. Elektr qarshiligining birligi Om∙m. 1 Ohm - bu uzunligi 1 m va tasavvurlar maydoni 1 m 2 bo'lgan 1 ohm elektr qarshiligiga ega bo'lgan o'tkazgichning elektr qarshiligi.

Agar (4) ifodani Ohm qonunida elektr zanjirining bir jinsli kesimi (3) o'rniga qo'ysak, u holda biz hosil bo'lamiz.

. (5)

Sharti bilan; inobatga olgan holda

va ,

va (2) formuladan foydalanib, biz (5) tenglamani Ohm qonunini ifodalovchi ifodaga aylantiramiz. differentsial shakl elektr zanjirining bir hil qismi uchun:

,

qayerda - o'tkazgich ichidagi elektrostatik maydonning kuchi; - o'tkazgich materialining elektr o'tkazuvchanligi.

Har bir nuqtada musbat zaryad tashuvchilar vektor yo'nalishi bo'yicha harakat qilishini hisobga olgan holda , keyin vektorlarning yo'nalishlari va mos. Shuning uchun, differensial shakldagi elektr zanjirining bir jinsli kesimi uchun Om qonuni quyidagicha yoziladi.

.

O'tkazgichdagi tokni etarlicha uzoq vaqt ushlab turish uchun potentsiali pastroq bo'lgan o'tkazgichning uchidan olib kelingan musbat zaryadlarni doimiy ravishda olib tashlash kerak (biz zaryad tashuvchilarni ijobiy deb hisoblaymiz) va ularni doimiy ravishda olib kelish kerak. oxirigacha katta salohiyatga ega, ya'ni. musbat zaryadlarning aylanishini o'rnatish kerak, ularda ular yopiq traektoriya bo'ylab harakatlanadi.

Yopiq holatda elektr zanjiri ijobiy zaryadlar potentsialni oshirish yo'nalishi bo'yicha harakatlanadigan joylar mavjud, ya'ni. elektrostatik maydonga qarshi. Bunday zaryadlarning harakati faqat tashqi deb ataladigan elektrostatik bo'lmagan kuchlar yordamida mumkin. Tashqi kuchlarning tabiati boshqacha, chunki ularning ko'rinishi o'zgaruvchan magnit maydonlari, shuningdek, oqim manbalarida sodir bo'ladigan kimyoviy, diffuziya, yorug'lik jarayonlari bilan bog'liq.

Tashqi kuchlarning asosiy xarakteristikasi ularning elektromotor kuchi (EMF) - bu jismoniy miqdor, tashqi kuchlarning ishiga son jihatdan teng

bitta musbat zaryadning siljishi bilan :

,

qayerda

- tashqi kuchlarning maydon kuchi vektori;

- zaryadning siljish vektori. EMF uchun o'lchov birligi V (Volt).

Agar oqim manbai kontaktlarning zanglashiga olib, bir xil taqsimlangan tashqi yukga ulangan bo'lsa, u holda batareyaning musbat elektrodidan uzoqlashganda potentsial chiziqli qonunga muvofiq tushadi (2-rasm).

Elektr tokining energiyasini ichki energiyaga aylantirish o'tkazgichning isishiga olib keladi. J.Joul va E.Lens eksperimental ravishda o‘tkazgichda ajralib chiqadigan issiqlik miqdori o‘tkazgichdagi tok kuchining kvadratiga proporsional ekanligini aniqladilar. , Supero'tkazuvchilar qarshiligi va joriy oqim vaqti .

. (6)

Joule-Lenz qonunidan foydalanib, Om qonuni elektr zanjirining bir jinsli bo'lmagan kesimi uchun chiqariladi, bu elektrostatik va tashqi kuchlarning harakatlanuvchi musbat zaryadga ta'sirini hisobga oladi.

Energiyaning saqlanish qonuniga ko'ra, bir jinsli bo'lmagan elektr zanjirida (1c-rasmdagi elektron sxema) ajralib chiqadigan issiqlik miqdori kuchlar ishining yig'indisiga teng. elektr maydoni va joriy manbaning tashqi kuchlarining ishi:

, (7)

elektrostatik maydon kuchlarining ishi qayerda;

- tashqi kuchlarning ishi. Tashqi kuchlar, agar tashqi kuchlarning yo'nalishlari bo'lsa, musbat zaryadni ko'chirish uchun ijobiy ish qiladi va elektr toki mos keladi (3-rasm), aks holda tashqi kuchlarning ishi manfiy.

Elektr zanjirining bir xil bo'lmagan qismidagi umumiy qarshilik tashqi tomondan qo'shilganligini hisobga olsak. va maishiy qarshilik va (6), (7) tenglashtiruvchi ifodalarni olamiz

Formula (1) ni hisobga olgan holda, biz ifodani quyidagi shaklga aylantiramiz:

Olingan ifodani zaryad bilan kamaytiraylik va elektr zanjirining bir jinsli bo'lmagan qismi uchun Ohm qonunini oling

.

Ushbu qonundan foydalanganda, belgilar qoidasini hisobga olish kerak: kontaktlarning zanglashiga olib o'tish yo'nalishi potentsiallarni indekslash bilan belgilanadi. EMF oqim manbai tashqi kuchlarning yo'nalishlari bo'lsa, ortiqcha belgisi bilan qabul qiling va elektr davrining aylanma qismi mos keladi (4a-rasm), aks holda - aksincha (4b-rasm).

Agar sxema yopiq bo'lsa, ya'ni.

va

, keyin yopiq elektr davri uchun Ohm qonunini olamiz (1a-rasmdagi elektron sxema).

Amalda, joriy manbaning EMF an'anaviy voltmetr bilan bevosita o'lchash mumkin emas, chunki voltmetr faqat potentsial farqni o'lchaydi va manba terminallarida. (8) ifodadan kelib chiqadiki, joriy manbaning EMF manba terminallaridagi potentsial farq orqali topish mumkin (

, agar elektr davri kesimidagi oqim kuchi nolga teng bo'lsa. Bu shart kompensatsiya usuli bilan amalga oshiriladi. Kompensatsiya uchun zarur bo'lgan potentsial farq potansiyometr yordamida olinadi (5-rasm). Potansiyometr - bu izolyatsion asosga o'ralgan kalibrlangan sim bo'lib, uning bo'ylab kontakt sirpanishi mumkin (bunday qurilma reoxord deb ataladi). Kontaktni ko'chirish C nuqtadan A uchun B, siz 0 dan har qanday potentsial farqni olishingiz mumkin

(

mutlaq qiymatda har doim yordamchi manbaning EMF dan kam).

Kompensatsiya usulining mohiyati shundaki, noma'lum oqim manbasining o'lchangan EMF (5-rasm) potansiyometr (reoxord) sohasidagi kuchlanish bilan kompensatsiya qilinadi. Kompensatsiya galvanometr G nol oqimni ko'rsatguncha potansiyometr C (6-rasm) kontaktini harakatlantirish orqali erishiladi.

Reoxordning uchlaridagi potentsiallarni orqali belgilaymiz

va

, joriy manbaning uchlaridagi potentsiallar - orqali va . Potansiyometrdagi C kontaktining ma'lum bir pozitsiyasida oqim G galvanometri va EMF bilan oqim manbai orqali o'tmasligiga imkon bering. , keyin

va

, shunung uchun

Ohm qonuniga ko'ra

, (10)

qayerda potansiyometrdagi oqim,

- AC kesimining qarshiligi.

(9) va (10) iboralarni tenglashtirib olamiz

.

Joriy manbaning noma'lum EMFni aniqlash uchun ishlab chiqarmaslik uchun joriy o'lchov va qarshilik

, noma'lum EMFni solishtirishga murojaat qiling mashhur bilan . Buning uchun emfli manba o'rniga, (6-rasm) ma'lum emf bilan manba (Oddiy oqim manbaining EMF). Kompensatsiya yana harakatlanuvchi kontaktni C galvanometrning nol ko'rsatkichiga o'tkazish orqali erishiladi. Natijada, joriy manbaning EMF sifatida aniqlanadi

. (11)

Kompensatsiya sharoitida oqim faqat potentsiometrni o'z ichiga olgan sxema bo'ylab oqadi. Bunday holda, joriy quvvat bir xil bo'ladi. Biz tenglikni (10) (11) ga bo'lamiz, joriy kuchga kamaytiramiz , biz shartni olamiz:

. (12)

Potansiyometr elektr qarshiligi (4) formula bo'yicha aniqlangan bir hil simdan qilinganligini hisobga olib, biz ushbu formulani (12) ifodaga almashtiramiz va o'rganilayotgan tok manbasining EMF ni ifodalaymiz.

, (13)

qayerda

va

 noma'lum oqim manbasining EMF kompensatsiyasi sodir bo'lgan uchastkalarning uzunligi va oddiy oqim manbai mos ravishda.

Shuni ham hisobga olish kerakki, oddiy elementlar ular orqali katta oqimlar o'tkazilganda tezda ishdan chiqadi, shuning uchun galvanometr pallasiga qo'shimcha qarshilik kiritiladi, bu oddiy element va galvanometr orqali oqim kuchini cheklaydi.

O'rnatish tavsifi

Ish tartibi

1-jadval

,

qayerda

,

, - reoxord simining diametri (0,4 mm).

,

qiymati qaerda o'rnatishda ko'rsatilgan.

Formuladan foydalanib, noma'lum oqim manbasining EMF uchun mutlaq o'lchov xatosini aniqlang

O'lchovning yakuniy natijasini shaklga yozing

, da

.

test savollari

Nima elektr toki, oqim kuchi, oqim zichligi?

Elektr zanjirining bir jinsli bo'lmagan kesimi uchun Om qonunini chiqaring va undan elektr zanjirining to'liq yopiq va bir jinsli kesimi uchun Om qonunini oling.

EMFning jismoniy ma'nosi nima? Uchinchi tomon kuchlari nima? Ularning maqsadi nima?

4 Galvanometrning nol ko'rsatkichiga erishilganda noma'lum EMF qanday kompensatsiya qilinadi?

5. Agar kompensatsiya sxemasida manba bir xil EMFga ega bo'lgan, lekin katta ichki qarshilikka ega bo'lgan boshqa manba bilan almashtirilsa, kompensatsiyani tiklash uchun reoxordning slayderini qaysi tomonga siljitish kerak?

LAB 5

Ishning maqsadi: tok manbaining elektromotor kuchini kompensatsiya usuli bilan o'lchash.

Asboblar va jihozlar: tok manbaining elektromotor kuchini kompensatsiya usuli bilan o'lchash uchun o'rnatish.

Nazariy aralashtirish

Elektr toki - bu elektr zaryadlarining yo'naltirilgan harakati. Elektr toki odatda oqim kuchi bilan tavsiflanadi - elektr zaryadlari bilan aniqlangan skalyar miqdor vaqt birligida o'tkazgichning kesimidan o'tish :

. (1)

Tok kuchining birligi amper (A). Agar har qanday teng vaqt oralig'ida bir xil miqdordagi elektr toki (elektr zaryadi) o'tkazgichning kesimidan o'tsa, bunday oqim doimiy deb ataladi. An'anaviy ravishda musbat zaryadlarning harakat yo'nalishi o'tkazgichdagi elektr tokining yo'nalishi sifatida qabul qilinadi (1a-rasm).

Jismoniy miqdor o'tkazgichning kesimining birlik maydonidan o'tadigan oqim kuchi bilan aniqlanadi , oqim yo'nalishiga perpendikulyar, oqim zichligi deyiladi :

. (2)

Joriy zichlik vektor hisoblanadi , uning yo'nalishi musbat zaryadlarning tartibli harakati bilan mos keladi.

1826 yilda elektr zanjirining bir jinsli kesimi uchun Om qonuni eksperimental ravishda o'rnatildi (1b-rasmdagi elektron sxema yoki 1a-rasmdagi ad, DC, cb bo'limlari), bu bir jinsli o'tkazgichdagi tok kuchi to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini bildiradi. kuchlanish uning uchlarida va o'tkazgichning qarshiligiga teskari proportsionaldir :

, (3)

Supero'tkazuvchilar qarshiligi o'tkazgich ishlab chiqarilgan materialga, uning chiziqli o'lchamlari va shakliga bog'liq:

, (4)

qayerda - o'tkazgichning materialini tavsiflovchi o'ziga xos elektr qarshiligi; - o'tkazgich uzunligi; - o'tkazgichning tasavvurlar maydoni. Elektr qarshiligining birligi Om∙m. 1 Ohm - bu uzunligi 1 m va tasavvurlar maydoni 1 m 2 bo'lgan 1 ohm elektr qarshiligiga ega bo'lgan o'tkazgichning elektr qarshiligi.

Agar (4) ifodani Ohm qonunida elektr zanjirining bir jinsli kesimi (3) o'rniga qo'ysak, u holda biz hosil bo'lamiz.

. (5)

Sharti bilan; inobatga olgan holda

va ,

va (2) formulani qo'llagan holda, biz (5) tenglamani elektr zanjirining bir hil kesimi uchun Om qonunini differentsial shaklda ifodalovchi ifodaga aylantiramiz:

,

qayerda - o'tkazgich ichidagi elektrostatik maydonning kuchi; - o'tkazgich materialining elektr o'tkazuvchanligi.

Har bir nuqtada musbat zaryad tashuvchilar vektor yo'nalishi bo'yicha harakat qilishini hisobga olgan holda , keyin vektorlarning yo'nalishlari va mos. Shuning uchun, differensial shakldagi elektr zanjirining bir jinsli kesimi uchun Om qonuni quyidagicha yoziladi.

.

O'tkazgichdagi tokni etarlicha uzoq vaqt ushlab turish uchun potentsiali pastroq bo'lgan o'tkazgichning uchidan olib kelingan musbat zaryadlarni doimiy ravishda olib tashlash kerak (biz zaryad tashuvchilarni ijobiy deb hisoblaymiz) va ularni doimiy ravishda olib kelish kerak. oxirigacha katta salohiyatga ega, ya'ni. musbat zaryadlarning aylanishini o'rnatish kerak, ularda ular yopiq traektoriya bo'ylab harakatlanadi.

Yopiq elektr zanjirida musbat zaryadlar potentsialni oshirish yo'nalishi bo'yicha harakatlanadigan bo'limlar mavjud, ya'ni. elektrostatik maydonga qarshi. Bunday zaryadlarning harakati faqat tashqi deb ataladigan elektrostatik bo'lmagan kuchlar yordamida mumkin. Tashqi kuchlarning tabiati boshqacha, chunki ularning ko'rinishi o'zgaruvchan magnit maydonlari, shuningdek, oqim manbalarida sodir bo'ladigan kimyoviy, diffuziya, yorug'lik jarayonlari bilan bog'liq.

Tashqi kuchlarning asosiy xarakteristikasi ularning elektromotor kuchi (EMF) - bu tashqi kuchlarning ishiga son jihatdan teng bo'lgan jismoniy miqdor.

bitta musbat zaryadning siljishi bilan :

,

qayerda

- tashqi kuchlarning maydon kuchi vektori;

- zaryadning siljish vektori. EMF uchun o'lchov birligi V (Volt).

Agar oqim manbai kontaktlarning zanglashiga olib, bir xil taqsimlangan tashqi yukga ulangan bo'lsa, u holda batareyaning musbat elektrodidan uzoqlashganda potentsial chiziqli qonunga muvofiq tushadi (2-rasm).

Elektr tokining energiyasini ichki energiyaga aylantirish o'tkazgichning isishiga olib keladi. J.Joul va E.Lens eksperimental ravishda o‘tkazgichda ajralib chiqadigan issiqlik miqdori o‘tkazgichdagi tok kuchining kvadratiga proporsional ekanligini aniqladilar. , Supero'tkazuvchilar qarshiligi va joriy oqim vaqti .

. (6)

Joule-Lenz qonunidan foydalanib, Om qonuni elektr zanjirining bir jinsli bo'lmagan kesimi uchun chiqariladi, bu elektrostatik va tashqi kuchlarning harakatlanuvchi musbat zaryadga ta'sirini hisobga oladi.

Energiyaning saqlanish qonuniga ko'ra, bir jinsli bo'lmagan elektr zanjirida (1c-rasmdagi elektron sxema) ajralib chiqadigan issiqlik miqdori elektr maydon kuchlari va tok manbasining tashqi kuchlari ishining yig'indisiga teng. :

, (7)

elektrostatik maydon kuchlarining ishi qayerda;

- tashqi kuchlarning ishi. Tashqi kuchlar, agar tashqi kuchlarning yo'nalishlari bo'lsa, musbat zaryadni ko'chirish uchun ijobiy ish qiladi va elektr toki mos keladi (3-rasm), aks holda tashqi kuchlarning ishi manfiy.

Elektr zanjirining bir xil bo'lmagan qismidagi umumiy qarshilik tashqi tomondan qo'shilganligini hisobga olsak. va maishiy qarshilik va (6), (7) tenglashtiruvchi ifodalarni olamiz

Formula (1) ni hisobga olgan holda, biz ifodani quyidagi shaklga aylantiramiz:

Olingan ifodani zaryad bilan kamaytiraylik va elektr zanjirining bir jinsli bo'lmagan qismi uchun Ohm qonunini oling

.

Ushbu qonundan foydalanganda, belgilar qoidasini hisobga olish kerak: kontaktlarning zanglashiga olib o'tish yo'nalishi potentsiallarni indekslash bilan belgilanadi. EMF oqim manbai tashqi kuchlarning yo'nalishlari bo'lsa, ortiqcha belgisi bilan qabul qiling va elektr davrining aylanma qismi mos keladi (4a-rasm), aks holda - aksincha (4b-rasm).

Agar sxema yopiq bo'lsa, ya'ni.

va

, keyin yopiq elektr davri uchun Ohm qonunini olamiz (1a-rasmdagi elektron sxema).

Amalda, joriy manbaning EMF an'anaviy voltmetr bilan bevosita o'lchash mumkin emas, chunki voltmetr faqat potentsial farqni o'lchaydi va manba terminallarida. (8) ifodadan kelib chiqadiki, joriy manbaning EMF manba terminallaridagi potentsial farq orqali topish mumkin (

, agar elektr davri kesimidagi oqim kuchi nolga teng bo'lsa. Bu shart kompensatsiya usuli bilan amalga oshiriladi. Kompensatsiya uchun zarur bo'lgan potentsial farq potansiyometr yordamida olinadi (5-rasm). Potansiyometr - bu izolyatsion asosga o'ralgan kalibrlangan sim bo'lib, uning bo'ylab kontakt sirpanishi mumkin (bunday qurilma reoxord deb ataladi). Kontaktni ko'chirish C nuqtadan A uchun B, siz 0 dan har qanday potentsial farqni olishingiz mumkin

(

mutlaq qiymatda har doim yordamchi manbaning EMF dan kam).

Kompensatsiya usulining mohiyati shundaki, noma'lum oqim manbasining o'lchangan EMF (5-rasm) potansiyometr (reoxord) sohasidagi kuchlanish bilan kompensatsiya qilinadi. Kompensatsiya galvanometr G nol oqimni ko'rsatguncha potansiyometr C (6-rasm) kontaktini harakatlantirish orqali erishiladi.

Reoxordning uchlaridagi potentsiallarni orqali belgilaymiz

va

, joriy manbaning uchlaridagi potentsiallar - orqali va . Potansiyometrdagi C kontaktining ma'lum bir pozitsiyasida oqim G galvanometri va EMF bilan oqim manbai orqali o'tmasligiga imkon bering. , keyin

va

, shunung uchun

Ohm qonuniga ko'ra

, (10)

qayerda potansiyometrdagi oqim,

- AC kesimining qarshiligi.

(9) va (10) iboralarni tenglashtirib olamiz

.

Joriy manbaning noma'lum EMFni aniqlash uchun ishlab chiqarmaslik uchun joriy o'lchov va qarshilik

, noma'lum EMFni solishtirishga murojaat qiling mashhur bilan . Buning uchun emfli manba o'rniga, (6-rasm) ma'lum emf bilan manba (Oddiy oqim manbaining EMF). Kompensatsiya yana harakatlanuvchi kontaktni C galvanometrning nol ko'rsatkichiga o'tkazish orqali erishiladi. Natijada, joriy manbaning EMF sifatida aniqlanadi

. (11)

Kompensatsiya sharoitida oqim faqat potentsiometrni o'z ichiga olgan sxema bo'ylab oqadi. Bunday holda, joriy quvvat bir xil bo'ladi. Biz tenglikni (10) (11) ga bo'lamiz, joriy kuchga kamaytiramiz , biz shartni olamiz:

. (12)

Potansiyometr elektr qarshiligi (4) formula bo'yicha aniqlangan bir hil simdan qilinganligini hisobga olib, biz ushbu formulani (12) ifodaga almashtiramiz va o'rganilayotgan tok manbasining EMF ni ifodalaymiz.

, (13)

qayerda

va

 noma'lum oqim manbasining EMF kompensatsiyasi sodir bo'lgan uchastkalarning uzunligi va oddiy oqim manbai mos ravishda.

Shuni ham hisobga olish kerakki, oddiy elementlar ular orqali katta oqimlar o'tkazilganda tezda ishdan chiqadi, shuning uchun galvanometr pallasiga qo'shimcha qarshilik kiritiladi, bu oddiy element va galvanometr orqali oqim kuchini cheklaydi.

O'rnatish tavsifi

Ish tartibi

1-jadval

,

qayerda

,

, - reoxord simining diametri (0,4 mm).

,

qiymati qaerda o'rnatishda ko'rsatilgan.

Formuladan foydalanib, noma'lum oqim manbasining EMF uchun mutlaq o'lchov xatosini aniqlang

O'lchovning yakuniy natijasini shaklga yozing

, da

.

test savollari

Elektr toki, oqim kuchi, oqim zichligi nima?

Elektr zanjirining bir jinsli bo'lmagan kesimi uchun Om qonunini chiqaring va undan elektr zanjirining to'liq yopiq va bir jinsli kesimi uchun Om qonunini oling.

EMFning jismoniy ma'nosi nima? Uchinchi tomon kuchlari nima? Ularning maqsadi nima?

4 Galvanometrning nol ko'rsatkichiga erishilganda noma'lum EMF qanday kompensatsiya qilinadi?

5. Agar kompensatsiya sxemasida manba bir xil EMFga ega bo'lgan, lekin katta ichki qarshilikka ega bo'lgan boshqa manba bilan almashtirilsa, kompensatsiyani tiklash uchun reoxordning slayderini qaysi tomonga siljitish kerak?

LAB 5