Файл: Отчет по лабораторной работе по физике студент Группа.doc
Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 48
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
или 
. (14)
Рис. 3. Диаграмма процессов, происходящих с воздухом в сосуде.
Через несколько минут воздух в сосуде нагреется до температуры окружающей среды Т1. Поскольку при этом V2 не изменяется, то давление повысится до Р3. Новое состояние воздуха характеризуется параметрами Р3,V2,T1 (точка 3 на рисунке 3). Сравнивая состояние воздуха в сосуде, соответствующее точкам 3 и 1 (рис.3), видим, что температура воздуха в этих точках одинакова. Тогда по закону Бойля – Мариотта:
или 
. (15)
Сравнивая уравнения (14) и (15) получим:
. (16)
Прологарифмировав уравнение (16), получим
. (17)
Условия эксперимента позволяют упростить формулу (17) следующим образом:
. (18)
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ЗАДАНИЯ
Таблица
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ОТЧЕТ
Номер варианта и данные к расчету
Лабораторная работа №24
Таблица 1.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ МОСТИКОМ УИТСТОНА
Цель работы: ознакомиться с принципом работы схемы мостика Уитстона. Определить неизвестное сопротивление и удельное сопротивление проводника.
Рис. 2. Схема мостика Уитстона
а) б)
Рис. 1. Схема определения сопротивления
Теоретическое введение. Наиболее часто для измерения сопротивления проводника применяется одна из схем, приведенных на рис. 1 (а и б), в силу их простоты. Однако любая из этих схем обладает существенным недостатком. В самом деле, любой прибор обладает конечным, но не нулевым сопротивлением. Поэтому, даже при высоком классе точности приборов, вольтметр, в первом случае, будет показывать суммарное падение напряжения на амперметре и исследуемом сопротивлении (показания амперметра соответствуют току через RХ). Во втором случае амперметр будет показывать суммарный ток, протекающий через вольтметр и сопротивление RХ. Показания же вольтметра соответствуют падению напряжения на RХ. Таким образом, в любом из этих случаев значение сопротивления RХ, найденное из закона Ома, будет неверным.
а) б)
Рис. 1. Схема определения сопротивления.
Рис. 2. Схема мостика Уитсона.
Схема, сводящая к минимуму влияние прибора на точность измерений, была предложена Уитстоном - так называемый мостик Уитстона (рис. 2). Четыре сопротивления R1,R2,R3,R4 образуют плечи мостика. RБ и - сопротивление и ЭДС батареи. Rг и Iг - сопротивление гальванометра и ток, протекающий через него.
Для расчета сложных цепей, одной из которых является мостик Уитстона, применимы правила Кирхгофа.
Первое правило: алгебраическая сумма токов
, сходящихся в любой точке разветвленной цепи, равна нулю:
(1).
Токи учитываются со знаком «+», если они приходят в рассматриваемую точку, и со знаком «–», если они выходят из этой точки. Первое правило Кирхгофа применяется к узловым точкам цепи, в которых сходятся три и более токов. Первое правило вытекает из закона сохранения электрического заряда.
Второе правило: если несколько участков электрической цепи образуют замкнутый контур, то сумма падений напряжений на всех участках этого контура равна сумме ЭДС, действующих в этом контуре:
(2).
Падение напряжения IR считается положительным, если выбранное направление тока на данном участке контура совпадает с направлением обхода контура и отрицательным, если направление тока и обхода противоположны. ЭДС имеет положительное значение, если при обходе контура внутри элемента переходим от «–» полюса источника к «+», и отрицательное, если наоборот.
Воспользовавшись правилами Кирхгофа, можно получить шесть независимых уравнений для мостика Уитстона. По первому правилу Кирхгофа для узлов А, В и С:
(3)
По второму правилу Кирхгофа для контуров АВСА, АВDА и ВСDВ
(4) .
Эти уравнения позволяют найти шесть неизвестных величин. Если неизвестно одно из сопротивлений, например R1, то измеряя гальванометром силу тока Iг, из уравнений получают остальные токи и искомое сопротивление R1. Так поступают в случае неравновесного мостика Уитстона. Изменяя сопротивления R2,R3,R4, можно добиться, что ток через гальванометр станет равным нулю. В этом случае гальванометр не внесет искажений в схему, и уравнения (3) примут вид I1 = I2I3 = I4 ,
из уравнений (4) получим: I1R1 = I3R3 I2
. (14) Рис. 3. Диаграмма процессов, происходящих с воздухом в сосуде.
Через несколько минут воздух в сосуде нагреется до температуры окружающей среды Т1. Поскольку при этом V2 не изменяется, то давление повысится до Р3. Новое состояние воздуха характеризуется параметрами Р3,V2,T1 (точка 3 на рисунке 3). Сравнивая состояние воздуха в сосуде, соответствующее точкам 3 и 1 (рис.3), видим, что температура воздуха в этих точках одинакова. Тогда по закону Бойля – Мариотта:
или . (15)Сравнивая уравнения (14) и (15) получим:
. (16)Прологарифмировав уравнение (16), получим
. (17)Условия эксперимента позволяют упростить формулу (17) следующим образом:
. (18)ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ЗАДАНИЯ
-
При закрытом клапане накачать воздух в сосуд так, чтобы измеряемое манометром избыточное давление стало равным 100 – 130 мм. рт. ст. -
Через некоторое время, когда давление перестанет падать записать в таблицу величину давления Р1. -
Открыть на мгновение клапан сосуда и когда стрелка манометра упадет до нуля быстро закрыть его. Через некоторое время, когда давление перестанет расти, записать величину давления Р3 в таблицу. -
Повторить пункты 1-3 пять раз. -
По формуле (18) рассчитать коэффициент Пуассона для каждого опыта. Вычислить среднее значение коэффициента Пуассона ср. -
Найти теоретическое значение коэффициента Пуассона теор для воздуха, считая его молекулы жесткими двухатомными (указание: воспользоваться определениями коэффициента Пуассона и молярных теплоемкостей при постоянном объеме и давлении). -
Сравнить теоретическое и среднее экспериментальное значения коэффициента Пуассона, оценив величину относительного отклонения по формуле
.
Таблица
-
№ изм.
Р1,
мм. рт. ст.
Р3,
мм. рт. ст.
ср
теор
δ , %
1
2
3
4
5
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
-
Что такое удельная и молярная теплоемкости вещества? От чего они зависят, в каких единицах измеряются? -
Что такое коэффициент Пуассона ? -
Сформулируйте первое начало термодинамики. -
Что такое внутренняя энергия идеального газа? От чего она зависит? -
Дать определение работы газа и количества теплоты.
ОТЧЕТ
| ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КОНСПЕКТ (ответы на контрольные вопросы): |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| ВЫЧИСЛЕНИЯ: |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| ВЫВОДЫ: |
| |
| |
| |
| |
Номер варианта и данные к расчету
Лабораторная работа №24
Таблица 1.
-
№
варианта
№
l3, м
l4, м
1
6
11
16
21
26
1
0,46
0,11
2
0,41
0,16
3
0,38
0,19
4
0,36
0,21
5
0,34
0,23
6
0,33
0,24
7
0,31
0,26
8
0,30
0,27
9
0,28
0,29
2
7
12
17
22
27
1
0,45
0,12
2
0,40
0,17
3
0,37
0,20
4
0,35
0,22
5
0,34
0,23
6
0,32
0,25
7
0,31
0,26
8
0,29
0,28
9
0,28
0,29
3
8
13
18
23
28
1
0,47
0,10
2
0,42
0,15
3
0,38
0,19
4
0,37
0,20
5
0,34
0,23
6
0,32
0,25
7
0,31
0,26
8
0,30
0,27
9
0,29
0,28
4
9
14
19
24
29
1
0,47
0,10
2
0,45
0,20
3
0,39
0,18
4
0,35
0,22
5
0,34
0,23
6
0,33
0,24
7
0,32
0,25
8
0,31
0,26
9
0,28
0,29
5
10
15
20
25
30
1
0,45
0,12
2
0,43
0,14
3
0,38
0,19
4
0,35
0,22
5
0,34
0,23
6
0,32
0,25
7
0,31
0,26
8
0,30
0,27
9
0,27
0,30
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ МОСТИКОМ УИТСТОНА
Цель работы: ознакомиться с принципом работы схемы мостика Уитстона. Определить неизвестное сопротивление и удельное сопротивление проводника.
Рис. 2. Схема мостика Уитстона
а) б)
Рис. 1. Схема определения сопротивления
Теоретическое введение. Наиболее часто для измерения сопротивления проводника применяется одна из схем, приведенных на рис. 1 (а и б), в силу их простоты. Однако любая из этих схем обладает существенным недостатком. В самом деле, любой прибор обладает конечным, но не нулевым сопротивлением. Поэтому, даже при высоком классе точности приборов, вольтметр, в первом случае, будет показывать суммарное падение напряжения на амперметре и исследуемом сопротивлении (показания амперметра соответствуют току через RХ). Во втором случае амперметр будет показывать суммарный ток, протекающий через вольтметр и сопротивление RХ. Показания же вольтметра соответствуют падению напряжения на RХ. Таким образом, в любом из этих случаев значение сопротивления RХ, найденное из закона Ома, будет неверным.
а) б)
Рис. 1. Схема определения сопротивления.
Рис. 2. Схема мостика Уитсона.
Схема, сводящая к минимуму влияние прибора на точность измерений, была предложена Уитстоном - так называемый мостик Уитстона (рис. 2). Четыре сопротивления R1,R2,R3,R4 образуют плечи мостика. RБ и - сопротивление и ЭДС батареи. Rг и Iг - сопротивление гальванометра и ток, протекающий через него.
Для расчета сложных цепей, одной из которых является мостик Уитстона, применимы правила Кирхгофа.
Первое правило: алгебраическая сумма токов
, сходящихся в любой точке разветвленной цепи, равна нулю:
(1).Токи учитываются со знаком «+», если они приходят в рассматриваемую точку, и со знаком «–», если они выходят из этой точки. Первое правило Кирхгофа применяется к узловым точкам цепи, в которых сходятся три и более токов. Первое правило вытекает из закона сохранения электрического заряда.
Второе правило: если несколько участков электрической цепи образуют замкнутый контур, то сумма падений напряжений на всех участках этого контура равна сумме ЭДС, действующих в этом контуре:
(2).Падение напряжения IR считается положительным, если выбранное направление тока на данном участке контура совпадает с направлением обхода контура и отрицательным, если направление тока и обхода противоположны. ЭДС имеет положительное значение, если при обходе контура внутри элемента переходим от «–» полюса источника к «+», и отрицательное, если наоборот.
Воспользовавшись правилами Кирхгофа, можно получить шесть независимых уравнений для мостика Уитстона. По первому правилу Кирхгофа для узлов А, В и С:
(3)По второму правилу Кирхгофа для контуров АВСА, АВDА и ВСDВ
(4) .Эти уравнения позволяют найти шесть неизвестных величин. Если неизвестно одно из сопротивлений, например R1, то измеряя гальванометром силу тока Iг, из уравнений получают остальные токи и искомое сопротивление R1. Так поступают в случае неравновесного мостика Уитстона. Изменяя сопротивления R2,R3,R4, можно добиться, что ток через гальванометр станет равным нулю. В этом случае гальванометр не внесет искажений в схему, и уравнения (3) примут вид I1 = I2I3 = I4 ,
из уравнений (4) получим: I1R1 = I3R3 I2
