Практикум по электричеству и магнетизму - 26 стр.

UptoLike

26
Деля (10) на (11) и принимая во внимание равенства (8) и (9),
находим:
4
3
2
1
R
R
R
R
=
. (12)
Из последнего соотношения (12) следует , что при известных
величинах трех участвующих в схеме сопротивлений мы можем вычислить
четвертое неизвестное нам сопротивление при условии, что ток через
гальванометр не течет .
Практически сопротивления R
3
и R
4
выполняют в виде металлического
проводника (реохорда), затянутого вдоль миллиметровой шкалы. Подвод
тока от гальванометра этим сопротивлениям осуществляется с помощью
контактного движка , скользящего вдоль реохорда и отделяющего R
3
от R
4
.
Для R
3
и R
4
можно записать:
S
R
1
3
l
ρ=
и
S
R
2
4
l
ρ=
,
где ρ удельное сопротивление проволоки реохорда,
1
l
и
2
l
- длины плеч
реохорда, S сечение проволоки реохорда. Тогда отношение этих
сопротивлений будет равно
,
2
1
4
3
l
l
=
R
R
а , используя соотношение (12), имеем
.
2
1
2
1
l
l
=
R
R
Окончательно неизвестное сопротивление (например, R
1
) будет
определяться по формуле:
2
1
21
l
l
RR =
или, если обозначить R
1
=R
x
, R
2
=R
m
, то
2
1
l
l
mx
RR =
. (13)
Легко видеть, что отношение
2
1
l
l
в зависимости от положения движка
изменяется от 0 до , а это значит, что сопротивление R
x
всегда может быть
определено при произвольном R
m
. Однако наименьшая погрешность
измерений будет в том случае, когда движок будет находиться
приблизительно на середине реохорда, т .е. при
2
1
ll
. Это достигается
соответствующим подбором сопротивления R
m
.
Так как сопротивление реохорда сравнительно невелико, то мостик
Уитстона описанного типа применяется , как правило, для измерения
небольших сопротивлений (от 1 до 1000 Ом).
1. Измерение сопротивлений мостиком Уитстона
Перед выполнением работы составить таблицу технических данных
приборов, используемых в работе.
Для выполнения этого упражнения составляется электрическая цепь,
показанная на рис.2. Здесь АВ реохорд , R
x
неизвестное сопротивление, R
m
магазин сопротивлений, ε аккумулятор, Г гальванометр, D движок
реохорда, К ключ.
При положении движка , делящем реохорд примерно пополам
(
2
1
ll
), подбирают такое сопротивление R
m
(включая известные
сопротивления магазина сопротивлений), при котором отклонение стрелки
                                               26
Д еля (10) н а (11) и п рин им а я во вн им а н ие               ра вен ст ва   (8)   и    (9),
н а х од им :                                       R1 R3 .
                                                      =                                   (12)
                                                    R2 R4
        Из п ослед н его соот н ошен ия (12) след у ет , что п ри извест н ых
величин а х т рех у ча ст ву ю щ их в сх ем е соп рот ивлен ий м ы м ож ем вычислит ь
четверт ое н еизвест н ое н а м соп рот ивлен ие п ри у словии, чт о т ок через
га ль ва н ом ет рн е течет .
        П ра кт ически соп рот ивлен ия R3 и R4 вып олн я ю т в вид е м ет а ллического
п ровод н ика (реох орд а ), за т я н у т ого вд оль м иллим ет ровой шка лы. П од вод
т ока от га ль ва н ом етра эт им соп рот ивлен ия м осу щ ест вля ет ся с п ом ощ ь ю
кон т а кт н ого д виж ка , сколь зя щ его вд оль реох орд а и от д еля ю щ его R3 от R4.
        Д ля R3 и R4 м ож н о за п иса т ь :                l     и R4 = ρ l 2 ,
                                                    R3 = ρ 1
                                                            S                   S
гд е ρ – у д ель н ое соп рот ивлен ие п роволоки реох орд а , l 1 и l 2 - д лин ы п леч
реох орд а , S – сечен ие п роволоки реох орд а . Тогд а от н ошен ие эт их
соп рот ивлен ий бу д ет ра вн о                    R3 l1
                                                      =    ,
                                                       R4   l2
а , исп оль зу я соот н ошен ие (12), им еем                      R1 l 1
                                                                    =    .
                                                                  R2 l 2
       Окон ча т ель н о н еизвест н ое соп рот ивлен ие (н а п рим ер, R1) бу д ет
оп ред еля т ь ся п о ф орм у ле:                      l
                                                R1 = R2 1
                                                            l2
или, если обозн а чить R1=Rx, R2=Rm, то                        l
                                                        Rx = Rm 1 .                       (13)
                                                               l2
Л егко вид ет ь , чт о от н ошен ие l1 в за висим ост и от п олож ен ия д виж ка
                                       l2
изм ен я ет ся от 0 д о ∞ , а эт о зн а чит , чт о соп рот ивлен ие Rx всегд а м ож ет быт ь
оп ред елен о п ри п роизволь н ом Rm. Од н а ко н а им ен ь ша я п огрешн ост ь
изм ерен ий бу д ет в т ом слу ча е, когд а д виж ок бу д ет н а х од ит ь ся
п риблизит ель н о н а серед ин е реох орд а , т .е. п ри l 1 ≈ l 2 . Это д ост ига ет ся
соот вет ст ву ю щ им п од бором соп рот ивлен ия Rm.
        Т а к ка к соп рот ивлен ие реох орд а сра вн ит ель н о н евелико, то м ост ик
У ит ст он а оп иса н н ого т ип а п рим ен я ет ся , ка к п ра вило, д ля изм ерен ия
н еболь ших соп рот ивлен ий (от 1 д о 1000 Ом ).
           1.          И змерение с опротивл ений мос тик ом У итс тона
        П еред вып олн ен ием ра бот ы сост а вит ь т а блицу т ех н ических д а н н ых
п риборов, исп оль зу ем ых в ра бот е.
        Д ля вып олн ен ия этого у п ра ж н ен ия сост а вля ет ся элект рическа я цеп ь ,
п ока за н н а я н а рис.2. Зд есь А В – реох орд , Rx – н еизвест н ое соп рот ивлен ие, Rm
– м а га зин соп рот ивлен ий, ε – а кку м у ля т ор, Г – га ль ва н ом етр, D – д виж ок
реох орд а , К – клю ч.
        П ри п олож ен ии д виж ка , д еля щ ем реох орд п рим ерн о п оп ола м
( l1 ≈ l 2 ), п од бира ю т т а кое соп рот ивлен ие Rm (вклю ча я извест н ые
соп рот ивлен ия м а га зин а соп рот ивлен ий), п ри котором отклон ен ие ст релки