Подготовка и порядок работы с реохордом

РЕОХОРД ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ

I. НАЗНАЧЕНИЕ

1.1. Реохорд предназначен для демонстрации измерения сопротивления методом мостика Уитстона и определения электродвижущей силы (ЭДС) гальванических элементов компенсационным методом, а также для других опытов из курса физики IX класса общеобразовательной школы.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

2. 1. Габариты реохорда не более 1130×100×135 мм

2. 2. Сопротивление проводника — не менее 4, 78 Ом

2. 3. Рабочая длина проводника — 1000 мм.

2. 4. Цена деления шкалы реохорда — 50 мм.

2. 5. Цена деления нониуса движка — 5 мм.

СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ

В комплект изделия входят:

3. 1. Реохорд — 1 шт.

3. 2. Руководство по эксплуатации — 1 экз.

УСТРОЙСТВО И РАБОТА РЕОХОРДА

4. 1. Реохорд демонстрационный (рис. 1) состоит из основания (1). На основании нанесены пятидесятимиллиметровые деления с оцифровкой через каждые 100 мм. В нижней части основания имеются направляющие пазы. В одном из них, на лицевой стороне основания, натянут проводник (2), изготовленный из константановой проволоки. По краям основания в направляющих пазах, расположены скобы (3), служащие для натяжения проводника. Здесь же расположены клеммы (4), предназначенные для включения реохорда в электрическую цепь.

Рис. 1

По направляющим пазам основания перемещается движок (5). Движок (рис. 2) состоит из корпуса (1), в котором находится пластина (2). На пластине закреплена плоская пружина (3), обеспечивающая поджатие контакта (4) к проводнику реохорда. С левой стороны движка имеется кнопка (5). При нажатии кнопки контакт отжимается от проводника, что предохраняет ее и контакт т истирания во время перемещения движка вдоль основания. На движке имеется клемма (6), служащая для подсоединения реохорда в электрическую цепь.

Рис. 2

ПОДГОТОВКА И ПОРЯДОК РАБОТЫ С РЕОХОРДОМ

5. 1. Установить реохорд на лабораторном столе или закрепить на стене, классной доске через отверстия в опорах (7), рис. 1.

5. 2. Провести необходимые соединения реохорда с элементами собранной схемы.

5. 3. При использовании реохорда необходимо учесть, что через проводник можно пропускать ток не более 2А, напряжением не более 12 В.

5. 4. При перемещении движка вдоль основания необходимо нажимать на кнопку, чтобы не истирать проводник.

5. 5. При опытах необходимо включать ток только кратковременно во избежание перегрева проводника.

5. 6. После окончания работы, необходимо отключить реохорд от элементов схемы.

6. ПРОВЕДЕНИЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ОПЫТОВ

6. 1. Измерение сопротивления мостиком Унтстона.

6. 1. 1. Диагональ четырехугольника (АВ) образована источником постоянного тока и ключом (К), замыкающим цепь питания. Другая диагональ (БГ) образована гальванометром (с «О» посередине шкалы). Стороны четырехугольника получили название «плечи моста». На схеме эти плечи образованы электрическим сопротивлением R_x R₁ R₂ R₃

Исходным требованием баланса схемы является отсутствие тока в диагонали БГ, т. е. отсутствие напряжения на зажимах гальванометра. Это возможно в том случае, если в точках Б и Г — равные потенциалы, что произойдет, если падение напряжения R_x будет равно падению напряжения на R₃. а падение напряжения R₁ будет равно падению напряжения на R₂.

Это условно можно записать:

R_xI_Б = R₃Iг (1)

R₁I_Б = R₂Iг (2)

Определим из уравнения (1) величину I_Б

(3) и подставим ее в уравнение (2);

(4)

Сокращая уравнение, получим:

(5)

или

R_xR₂=R₁R₃ (6)

Это и есть формула, определяющая момент электрического равновесия (баланса) мостиковой схемы. Формула указывает на то, что баланс наступает при равенстве произведении сопротивлений противоположных плечей. Если сопротивления плеч таковы, что уравнение (6) выполняется, то ток, идущий через мостик (диагональ БГ), отсутствует и стрелка гальванометра будет стоять на нуле шкалы.

Из формулы (5) видно, что в мостике Уитстона по существу делается сравнение неизвестного сопротивления R_x с магазином образцовых мер сопротивлений R₃. Сопротивления R_1, и R₂: могут иметь произвольную величину, и только должно быть хорошо известно их отношение друг к другу. Это отношение даст коэффициент, на который нужно умножить значение образцового сопротивления R₃, чтобы получить значение измеряемого сопротивления R_x.

Следовательно, зная величину сопротивлений трех плечей, сопротивление четвертого плеча можно определить простым расчетом. Именно это и позволяет применить мостиковую схему для измерений сопротивлений. Из формулы (5) видно, что равновесие мостика может быть получено двумя способами: либо путем измерения сопротивления R₃, либо при помощи изменения отношения сопротивлений R₁ и R₂.

6. 1. 2. Рассмотрим рис. 3. Собранная здесь схема линейного мостика Уитстона состоит из демонстрационного реохорда (1), демонстрационного магазина сопротивлений (2), гальванометра демонстрационного (3), ключа замыкания тока (4), источника питания постоянного тока напряжением 12 В (аккумулятор или сухие батареи (5) неизвестного сопротивления R_x, величину которого надо измерить.

Рис. 3

Так как баланс схемы наиболее точно определяется пои равенстве сопротивлений, то желательно для измерения взять неизвестное сопротивление такой величины, чтобы оно было в пределах величин сопротивлений магазина. Движок реохорда устанавливается посередине шкалы. Величина сопротивления магазина устанавливается подбором вставленных штепселей, приблизительно равного величине неизвестного сопротивления. Кратковременно замыкая цепь ключом, наблюдаем за стрелкой гальванометра. Подбирается такое сопротивление магазина, при котором стрелка гальванометра будет иметь наименьшее отклонение от нуля. Затем, продолжая кратковременно замыкать цепь ключом, передвигаем движок вдоль проводника вправо или влево до такой точки (С₁), когда стрелка гальванометра при замыкании цепи перестанет отклоняться в ту или другую сторону от пуля. Затем, продолжая кратковременно замыкать цепь ключом, передвигаем движок вдоль проводника вправо или влево до такой точки (С₁), когда стрелка гальванометра при замыкании цепи перестанет отклоняться в ту или другую сторону от нуля. Заметим расстояние АС₁ (l ₂) и С Б (l ₁), отсчитывая их по делениям шкалы реохорда.

Применяя формулу: R_x= , делим плечо С₁Б (l ₁) на плечо АС₁ (l ₂) и частное умножаем на сопротивление магазина ( R₃ ).

Магазин сопротивлений необходимо присоединять к цепи толстыми и короткими проводниками.

Неизвестное сопротивление лучше присоединять непосредственно к клемме магазина и к клемме реохорда.

6. 2. Определение ЭДС гальванических элементов компенсационным способом.

6. 2. 1. Рассмотрим рис. 4. Собранная схема состоит из реохорда демонстрационного (1), источника тока (2), напряжением 1,2 — 2 В, демонстрационного гальванометра (4), испытуемого элемента (3) и двух ключей (5).

При сборке цепи источника тока элементы присоединяются к реохорду в точке А одноименными полюсами. Замыкаем оба, ключа и, передвигая подвижный контакт реохорда, находим такое его положение (С), при котором стрелка гальванометра не будет отклоняться от нулевого положения.

Ток через гальванометр и элемент не проходит потому, что в точках А и С имеется разность потенциалов от источника тока, равная ЭДС элемента.

Рис. 4

Заметим расстояние АС. Заменяем элемент на другой с известным ЭДС, например, элементом Даниеля, передвигая движок реохорда, снова находим такое его положение (С₁) при котором стрелка гальванометра не будет отклоняться от нуля.

Заметим расстояние АС₁.

Очевидно, что для первого случая Е₁=IR₁ где Е₁ — ЭДС испытуемого элемента или разность потенциалов в точках А и С, I - сила тока в проволоке реохорда, R₁ — сопротивление участка АС (l ₁); для второго случая Е₂ = IR₂, где Е₂ — ЭДС элемента Даниеля, I —сила тока в проволоке реохорда, R₂ — сопротивление участка АС₁ (l ₂).

Так как сила тока в обоих случаях одна и та же, то, разделив одно уравнение на другое, получим:

Сопротивление участков проволок и реохорда пропорционально длине этих участков, поэтому можно вместо отношения сопротивлений участков взять отношение длин этих участков

т. е. = отсюда E₁=E₂

т. к. Е₂ известно, а l _l и l ₂ находят по шкале реохорда, то можно определить Е₁ — ЭДС испытуемого элемента.

При проведении этого опыта необходимо применять источник тока достаточной мощности, способный выделять без заметного падения напряжения ток силой 2А.