Лабораторные работы по электротехнике Изучение метода компенсации Изучение работы полупроводниковых выпрямителей Изучение кенотронного выпрямителя Изучение колебательного контура Изучение цепи переменного тока

Электричество Лабораторные работы

Целью изучения дисциплины "Электротехника, электроника и схемотехника" является формирование у студентов совокупности знаний в области электрических цепей, полупровод-никовых приборов и микросхем и освоение студентами основных навыков анализа цепей и разработки полупроводниковых приборов, которые необходимы для успешного усвоения других общепрофессиональных и специальных дисциплин последующей вузовской подготовки

Описание метода компенсации. Принципиальная схема измере ний ЭДС методом компенсации изображена на рис.2.

 

 Рис.2

 В схеме два элемента с электродвижущими силами ε и ε х и внутренними сопротивлениями r и rx присоединены к некоторому со противлению R=Rx + R1 (Rx и R1 - соответственно сопро тивления участков АВ и ВС) и гальванометру G с сопротивлением RG.

Обозначим через J, Jo, Jx токи идущие в отдельных участ ках схемы. Если ε х < ε, то на сопротивлении R всегда можно найти такую точку В, что в ветви АGВ тока не окажется, и стрелка гальванометра G будет стоять на нуле. По второму закону Кирхгофа для контура АВGА можно написать

 Jx (rx + RG ) + J Rx = εх

Когда ток через гальвонометр  JG =0, то

 J Rx = εх . (1)

Полученное условие означает, что сила тока в цепи элемента εх лишь тогда ра^на нулю, когда напряжение на участке цепи АВ, параллельно которому присоединен этот элемент, равно его электродвижущей силе. В подобных случаях тшнято говорить о взаимной компенсации напряжения и ЭДС.

Введем в схему вместо элемента εх элемент εN и вновь до бьемся отсутствия тока в цепи гальванометра и этого элемента при сопротивлении участка цепи АВ/' равном некоторому значению RN . Теперь выражение (1) можно записать в таком виде

  J RN = εN . (2)

Разделив соотношение (1) на (2), получим

 εх = εN Rx / RN . (3)

Если ЭДС εN известна, например, если это нормальный элемент (нормальный элемента- гальванический элемент, который при постояной температуре и давлении дает устойчивую ЭДС), то, зная Rx , RN и εN можно найти из последнего равенства ЭДС εх. Таким образом, сравнение электродвижущих сил двух элементов практически сводится к сравнению двух сопротивлений.

Метод компенсации для измерения ЭДС обладает рядом существенных достоинств. Во-первых, сила тока через сравниваемые элементы в момент компенсации равна нулю. Поэтому отсутствует напряжение в элементе, и разность потенциалов на полюсах элемента равна измеряе мой ЭДС. Кроме того, отсутствует также и падение напряжения на под водящих проводах. Во-вторых, величина ЭДС вспомогательной батареи ε не входит в окончательный результат. Необходимо только, чтобы она оставалась постоянной в продолжении измерения, а также превыша ла значения ЭДС сравниваемых элементов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ N110. 

Измерение малых э.д.с. с помощью потенциомтетра постоянного тока ПП-63.

Потенциометр постоянного тока ПЛ-63 класса 0,05 (ГОСТ 9245-68) предназначен для непосредственного измерения компенсационным методом э.д.с. .

Измеряемая э.д.с. (“х”) включается навстречу известному падению напряжения на части измерительного сопротивления R26 – R50 (см.рис.3), которое возникает при прохождениию по нему строго опреде ленного рабочего тока 2 мА.

 Рис.3.

Компенсация проводится ступенчатым переключателем В8 и плавно реохордом R50. Установка рабочего тока производягея по ЭДС нормального элемента НЭ, которая сравнивается с падением напряжения на установовчном резисторе R17. Компенсация проводится регулировкой рабочего тока при помощи резисторов R15 и R16.

Индикатором компенсации слукит гальванометр ИП, который включается либо в цепь НЭ (при каллбровке - "К"), либо в цепь измерения ЭДС (при измерении - "И")

ОПИСАНИЕ ПАНЕЛИ ПРИБОРА

На панели прибора смонтированы: (примечание – элементы, отмеченные звездочкой на панели принципиальной схеме не показаны.

1) Гальванометр магнитоэлектрической системы (ИП);

 2) Кнопки "Грубо" и "Точно" для включения гальванометра (Кн2 и Кн1);

Переключатель измерительного сопротивления на 24 положения;

Реохорд измерительного сопротивления ( R50);

5) Штепсельный переключатель пределов потенциометра на 3 положения (В60)*;

6) Переключатель "Род работы" на 7 положений В2*;

7) Переключатель В1*;

8) Зажимы "X" для подключения измеряемых Э.Д.С. (К5 и Кб);

9) Переключатель В10*;

10) Переключатель В7*;

11) Зажимы "ВП" для подключения наружной батареи потенциометра (КЗ

и К4) ;

 12) Регулировочное сопротивление имеющее две рукоятки для грубой

(меньшая рукоятка - R 15) и точной (большая рукоятка - R 16) регулировки рабочего тока;

 13) Переключатель нормального элемента ВЗ* ;

14) Выключатель питания В5;

Переключатель полярности потэнциометра В9;

Переключатель схемы потенциометра В4.

ПОРЯДОК ПОДГОТОВКИ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Перед началом работы органы управления и регулировки должны находится в следующих положениях:

Переключатель питания прибора В5 - в отключенном (нижнем положении); Переключатели В7 и ВЮ в положении "Н";

Переключатели ВЗ в положении "В"; .

Переключатели В9 в положении "+" ;

Переключатель "Род работы" в положении "Потенциометр";

  Штепсель переключения пределов В6 в гнезде "х1"

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Включать сетевой щиток.

Подключить измеряемую э.д.с., соблюдая полярность к зажимам "X".

Установить переключатель питания В5 в положение "ВКЛ".

Провести контроль рабочего тока потенциометра, для чего:

 а) установить переключатель В4 в положение "К",

  б) нажать кнопку "Грубо" (кн2) и врапением меньшей рукоятки регулировочного сопротивления "Рабочий ток"(R15)  установить стрелку гальванометра на "0”,

 в) нажать кнопку "Точно" (кн1) и вращением большей рукоятки регулировочного сопротивления “Рабочий ток” (R16) установить стрелку гальванометра на "0”.

5. Провести измерения, дня чего:

 а) установить переключатель В4 в положение "И",

 б) нажать кнопку "Грубо" и вращением рукояток переключателя (В8) и реохорда (R50) измерительного сопротивления установить стрелку гальванометра на"0”,

 в) нажать кнопку "точно" и вновь установить стрелку гальваномет ра на "0" вращением реохорда (К 50),

г) значение Э.Д.С. будет равно стаю показаний шкал переключате ля В8 и реохорда R50.

Измерение Э.Д.С. (εх) произвести три раза и найти среднее арифметическое значение. Результаты измерений занести в таблицу.

Выполнив работу, отключить потенциометр от сети .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое э.д.с.?

2. Можно ли измерять э.д.с. обычным вольтметром?

Метод компенсации . 

Правила Кирхгофа

Принцип работы потенциометра ПП-63

ЛИТЕРАТУРА

1.  Б.М.Яворский и др. Курс физики, т.2

А.В.Кортнев и др. Практикум по физике, изд. 1965

Н.Н.Майсова. Практикум по курсу общей физики

Физический практикум под редакцией В.И.Ивероновой

Основные параметры сигналов синусоидальной формы. Законы Кирхгофа в комплексной форме. Характеристики элементов цепи в установившемся синусоидальном режиме. Метод комплексных амплитуд.
Электрические токи в металлах, вакууме и полупроводниках