LABORATORIUM FIZYCZNE Grupa lab. 7 |
||
Kolejny nr. �wiczenia: 4 |
Nazwisko i imi�: |
Wydzia� |
Symbol �wiczenia: 31 |
Witold Kobylarz |
Z i E |
Temat: |
Data odrobienia �wiczenia: |
Semestr |
Pomiar oporno*ci |
24 III 1997 |
II |
mostkiem Wheatstone'a |
Data oddania sprawozdania : |
Grupa st. |
|
7 IV 1997 |
V |
|
Podpis |
Ocena: |
|
asystenta: |
|
I Wst*p
Mostek Wheatstone'a jest to uk�ad u*ywany dla por*wnania jakiego* nieznanego oporu Rx ze znanym oporem Rn. Uk�ad mostka Wheatstone'a jest nast*puj*cy: obw*d id*cy od ogniwa galwanicznego E rozga�*zia si* w w**le A. Jedn* jego cz*** tworz* dwa opory Rx i Rn po�*czone szeregowo. Drug* cz*** stanowi zwykle jednorodny naci*gni*ty przew*d AC. Do punktu B, w kt*rym �*cz* si* opory Rx i Rn, do�*czony jeden zacisk przyrz*du pomiarowego (galwanometru) G; drugi jego zacisk po�*czony jest ze *lizgowym kontaktem D. Kontakt ten mo*e si* porusza* wzd�u* przewodu AC i zmienia* w ten spos*b stosunek opor*w r1 i r2 cz**ci przewodnika AD i DC.
II Zasada pomiar*w
Pomiar oporu mostkiem Wheatstone'a polega na doprowadzeniu mostka do stanu, w kt*rym przez galwanometr G nie b*dzie p�yn*� pr*d (tzw. metoda zerowa). R*wnowag* otrzymamy przez przesuwanie suwaka D mostka wzd�u* struny. W chwili zerowania si* galwanometru, punkty B i D osi*gn* ten sam potencja�.
Poniewa* punkty A i C s* dla obu rozga�*zie* ABC i ADC wsp*lne, wi*c musz* zachodzi* r*wno*ci:
UAB = UAD i UBC = UDC
gdzie: U - r**nica potencja�*w mi*dzy odpowiednimi punktami
Z prawa Ohma, kt*re m*wi, i* nat**enie pr*du jest proporcjonalne do napi*cia pmi*dzy ko*cami przewodnika, czyli dla danego odcinka obwodu, wynika *e:
a wi*c U = IR, czyli korzystaj*c z wcze*niejszych r*wno*ci oraz poni*szego schematu
otrzymujemy: UAB = RxIx; UAD = I1r1; UBC = RnIn; UDC = I2r2
wi*c:
RxIx = I1r1
(*)
RnIn = I2r2
gdzie: Rx - op*r badany
Rn - op*r wzorcowy
r1 - op*r odcinka drutu o d�ugo*ci l1
r2 - op*r odcinka drutu o d�ugo*ci l2
Z I prawa Kirchoffa m*wi*cego, i* suma nat**e* pr*d*w wp�ywaj*cych r*wna si* sumie pr*d*w wyp�ywaj*cych dla pewnej cz**ci obwodu obj*tej powierzchni* zamkni*t* mamy:
Ix = In + IG
I2 = I1 + IG
Poniewa* IG=0, wi*c Ix = In oraz I2 = I1
Wstawiaj*c powy*sze r*wno*ci do uk�adu r*wna* (*) otrzymamy:
RxIx = I1r1
RnIx = I1r2
Dziel*c stronami i mno**c przez Rn, otrzymujemy:
poniewa* dla jednorodnego przewodnika (struny) opory jej odcink*w s* proporcjonalne do jej d�ugo*ci , pomiar sprowadza si* do zmierzenia d�ugo*ci l1 i l2.
Oznaczaj*c d = l1 + l2, czyli z tego l2 = d - l1 powy*szy wz*r mo*na przedstawi* nast*puj*co:
III Przebieg pomiar*w
1) �*czymy uk�ad wed�ug schematu. Suwakiem D doprowadzamy uk�ad do stanu, w kt*rym przez galwanometr nie b*dzie p�yn*� pr*d. Odczytujemy warto*ci l1 i l2 oraz warto** oporno*ci Rn. Mierzymy w ten spos*b oporno** opornik*w 1,2,3 i 4 oraz 1-2,3-4 po�*czonych raz szeregowo, drugi raz r*wnolegle. Dla uzyskania wi*kszej dok�adno*ci pomiar*w przeprowadzamy je trzykrotnie dla ka*dego przypadku. Oporno*ci Rn dobieramy w ten spos*b, aby odczyt d�ugo*ci struny odbywa� si* w zakresie od 40 do 60 cm.
2) Pomiaru oporno*ci mo*emy r*wnie* dokona* ju* gotowym mostkiem Wheatstone'a typu MW-4. W tym celu zapoznajemy si* z instrukcj* eksploatacji tego* mostka, a nast*pnie ustawiamy zakres mostka MW-4 odpowiednio dla opornik*w X1, X2 i X3 oraz mierzymy warto*ci opor*w. Pomiar przeprowadzamy dwukrotnie.
IV Wyniki pomiar*w (wszystkie wyniki podane s* w milimetrach)
1) Dla pierwszej cz**ci *wiczenia:
Opis wielko*ci znajduj*cych si* poni*ej:
l1 - d�ugo** odcinka AD struny
RX - op*r badany
Rn - op*r wzorcowy
1,2,3 - numery kolejnych pomiar*w
d - ca�kowita d�ugo** struny wynosz*ca 1 m
�Pomiary dla poszczeg*lnych opornik*w:
1 2 3 Œrednia B�*d wzgl*dny wyniku Op*r dany
l1 dla RX1 483 483 483 483 0,01 Rn = 5500 W
l1 dla RX2 498 498 499 498,3 0,0116 Rn = 2800 W
l1 dla RX3 561 561 559 560,3 0,0136 Rn = 15000 W
l1 dla RX4 520 521 521 520,6 0,0119 Rn = 6000 W
Korzystaj*c z wcze*niej wyprowadzonego wzoru na op*r badany obliczamy warto*ci opor*w dla poszczeg*lnych opornik*w. Opory te wynosz* odpowiednio:
dla X1
dla X2 Rx = 2781 W
dla X3 Rx = 19114,2 W
dla X4 Rx = 6515,6 W
Maksymalny b�*d wzgl*dny pomiaru wynosi 0,0136, co przeliczaj*c na procenty daje b�*d 1%.
�Pomiary dla odpowiednich opornik*w po�*czonych r*wnolegle:
1 2 3 Œrednia B�*d wzgl*dny wyniku Op*r dany
l1 dla RX1 z RX2 472 472 472 472 0,01 Rn = 2000 W
l1 dla RX3 z RX4 546 544 544 544,6 0,02 Rn = 4000 W
dla RX1 z RX2 op*r wynosi 1787,9 W
dla RX3 z RX4 op*r wynosi 4783,5 W
Maksymalny b�*d wzgl*dny pomiaru wynosi 0,02 , co przeliczaj*c na procenty daje b�*d 2%.
�Pomiary dla odpowiednich opornik*w po�*czonych szeregowo:
1 2 3 Œrednia B�*d wzgl*dny wyniku Op*r dany
l1 dla RX1 z RX2 466 466 466 466 0,01 Rn = 9000 W
l1 dla RX3 z RX4 499 499 499 499 0,01 Rn = 25000 W
dla RX1 z RX2 op*r wynosi 7853 W
dla RX3 z RX4 op*r wynosi 24900,2 W
Maksymalny b�*d wzgl*dny pomiaru wynosi 0,01 , co przeliczaj*c na procenty daje b�*d 1%.
2) Dla drugiej cz**ci *wiczenia:
Opis wielko*ci znajduj*cych si* poni*ej:
RX - op*r badany
1,2 - numery kolejnych pomiar*w
1 2 Œrednia
RX dla X1 222 W 222 W 222 W
RX dla X2 22700 W 22700 W 22700 W
RX dla X3 219000 W 219000 W 219000 W
B�*d pomiar*w wykonywanych mostkiem Wheatstone'a typu MW-4 jest podany przez producenta
i wynosi 1%.
V Analiza b�*d*w
Maksymalny b�*d wzgl*dny obliczamy dla pomiar*w dokonanych mostkiem labolaroryjnym z pierwszej cz**ci *wiczenia metod* r**niczki zupe�nej. Korzystamy przy tym ze wzoru:
gdzie: d = l1+l2
= 0,01
VI Wnioski
�wiczenie to umo*liwi�o nam wnikliwe poznanie budowy oraz zasady dzia�ania mostka Wheatstone'a. Dzi*ki niemu dowiedzieli*my si* jak bardzo mog* si* r**ni* oporno*ci* oporniki pozornie wygl*daj*ce tak samo oraz jak zmienia si* oporno** tych opornik*w w uk�adach kombinowanych.