Nazwisko Nowak		WYŻSZA SZKOŁA PEDAGOGICZNA w Rzeszowie
Imię Tomasz		Wykonano		Oddano
Kierunek Fizyka z informatyką II		13-12-2000	Podpis	20-12-2000	Podpis
Grupa laboratoryjna: XI
Nr ćwiczenia 36	Temat ćwiczenia Wyznaczanie oporu wewnętrznego i czułości galwanometru

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Galwanometr różni się od zwykłego miernika magnetoelektrycznego sposobem zawieszania ramki. Jest ona zawieszona na sprężystej taśmie (A i B na rys. 11.9) spełniającej równocześnie rolę doprowadzeń prądu.

Z ramką jest sztywno połączone zwierciadło Z, pozwalające mierzyć jej kąt skręcenia metodą optyczną. Części ruchome galwanometru są bardzo lekkie. W budowanych obecnie przyrządach, zwanych galwanometrami z plamką świetlną, układ optyczny wraz ze źródłem światła jest wbudowany w obudowę, a podziałka znajduje się na matowej szybie. Mimo że galwanometry te mają nieduże rozmiary, droga promienia świetlnego jest rzędu 1/2 metra, a to dzięki wielokrotnym odbiciom od zwierciadeł. Galwanometry z oddzielnym urządzeniem odczytowym obecnie stosuje się tylko w przypadkach wyjątkowych. Galwanometr jest przyrządem bardzo wrażliwym na wstrząsy mechaniczne. W czasie przenoszenia jego zaciski należy zewrzeć grubym drutem miedzianym.

Najważniejszym parametrem galwanometru jest jego czułość prądowa C_I, zdefiniowana jako stosunek wychylenia a plamki do natężenia prądu I_g:

(1)

Jednostką czułości jest mm/A.

W doświadczeniu stosuje się układ pomiarowy pokazany na rysunku:

Oporniki R₂ i R₃ powinny być w zasadzie opornikami dekadowymi o dużym oporze, a opornik R₁ — opornikiem wzorcowym o oporze rzędu lΩ. Zgodnie z prawem Ohma dla obwodu tego zachodzi związek

(2)

w którym drugi składnik w nawiasie kwadratowym jest oporem równolegle

połączonych oporników R₁ i R_w+R₃, gdzie R_w, jest oporem wewnętrznym galwanometru. Zgodnie z II prawem Kirchhoffa możemy napisać

(3)

Z dwóch ostatnich równań eliminujemy I₀ i otrzymujemy równanie

(4)

W doświadczeniu R₁ jest stałe i bardzo małe względem R₂. Możemy więc przyjąć

R₁+R₂≈R₂. Otrzymujemy:

(5)

Ponadto podstawiając I ze wzoru (1) do równania (4) dostajemy

(6)

KOLEJNOŚĆ CZYNNOŚCI DOŚWIADCZENIA:

I. Wyznaczanie oporu wewnętrznego:

1. Włączamy oświetlenie skali galwanometru. W przypadku, gdy plamka świetlna nie znajduje się w środku skali sprowadzamy ją do zera przy pomocy pokrętła umieszczonego z prawej strony obudowy przyrządu.

2. Zestawiamy układ pomiarowy według schematu.

Przed włączeniem galwanometru do układu rozwieramy jego końcówki. Od tego momentu należy uważać, aby ruchy ramki spowodowane wstrząsami mechanicznymi były możliwie małe. Opory R₁ i R₂ nastawiamy tak, aby R₂=10^-4 R₁ . Opór R₃ nastawiamy na kilkaset omów. Po sprawdzeniu obwodu przez prowadzącego zajęcia zamykamy przełącznik P i obserwujemy wychylenie plamki świetlnej (musimy zazwyczaj czekać na jej ustalenie się). Jeżeli wychylenie jest małe, to zwiększamy opór R₂ , albo zmniejszamy R₃ lub R₁ doprowadzając plamkę świetlną do wychylenia rzędu ¾ skali. Zmiany wartości oporów w układzie pomiarowym powinny być przy tym dokonywane ostrożnie, tak aby w każdej chwili był spełniony warunek R₂< R₁.

3. Odczytujemy wartość wychylenia. Następnie przełącznikiem P zmieniamy kierunek prądu i powtarzamy ten odczyt ponownie. Z kolei zmieniamy opór R₂ i dobieramy pozostałe opory (lub tylko jeden z nich), w taki sposób, aby uzyskać to samo wychylenie co poprzednio. Zaleca się, aby wykorzystać do tego celu opór R₃ .

Z uzyskanych danych wyznaczamy opór wewnętrzny galwanometru R_g Pomiar R_g powtarzamy 3-5 razy, każdorazowo dla innych wychyleń, stosując przy tym zmiany kierunku prądu jako wynik końcowy przyjmujemy wartość średnią.

II. Wyznaczanie czułości prądowej i napięciowej . Badanie zależności czułości

od wychylenia.

1. Zwiększamy opór R₃ do takiej wartości, aby (po ewentualnej korekcji oporów R₁ i R₂) uzyskać małe wychylenie rzędu 4-6 działek. Mierzymy to wychylenie kilkakrotnie zmieniając każdorazowo kierunek prądu. Następnie zmieniając opór R₃ (i ewentualnie jeśli zajdzie potrzeba zmieniając R₂ , lub R₁) dokonujemy 6-8 pomiarów coraz to większych wychyleń, tak aby objąć cały zakres podziałki przyrządu. Mierzymy również natężenie prądu I₀ czerpanego ze źródła.

2. Korzystając z wyników pomiarów punktu 1-go obliczamy czułość prądową C_i dla każdego pomiaru oddzielnie. Gdy poszczególne wartości C_i różnią się nieznacznie, obliczamy średnią arytmetyczną tej wartości. Jeżeli zaś różnice pomiędzy wartościami C_i są stosunkowo duże, a rozkład wyników pomiarów w serii wykazuje pewną regularność sporządzamy wykres zależności czułości od wychylenia.

3. Na postawie uzyskanych pomiarów czułości prądowej i oporu wewnętrznego galwanometru obliczamy jego czułość napięciową.

Aparatura:

Galwanometr GL-2, opory dekadowe szt. 3, mikroamperomierz, przełącznik krzyżowy, bateria z podstawką (4,5).

---