Лабораторна робота 3

Тема: Визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела струму. Мета роботи: закріпити знання про закон Ома для повного кола; оволодіти методом визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела через вимірювання сили струму і напруги.

Обладнання: ПК, віртуальна лабораторія «Лабораторія електрики: постійний струм» (https://phet.colorado.edu/uk/simulations/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab). Теоретичні відомості За законом Ома в повному колі ЕРС дорівнює сумі всіх спадів напруги на внутрішній і зовнішній ділянках кола ε = Uзовн + Uвн. Якщо врахувати закон Ома для ділянки кола, то Uзовн.= І ·Rзовн., a Uвн = І · r, де r - внутрішній опір джерела струму. Отже, ε = I Rзовн + Ir. У цьому рівнянні дві невідомих, а тому для їх знаходження за правилами алгебри потрібно щонайменше два рівняння, в які входять ці невідомі. Для отримання таких двох рівнянь проведемо дослідження експериментального кола за двома етапами. 1) Складемо електричне коло, в яке входять джерела струму, амперметр, вимикач і магазин опорів, у якому відомі значення всіх опорів, що до нього входять. Оберемо деяке середнє значення опору R1 і замкнемо коло. Стрілка амперметра покаже деяке значення сили струму I1. Тоді ε = I1R1 + І1r. 2) Повторимо дослід, замінивши резистор у магазині опорів на деяке значення R2. Для цього випадку ε = I2R2 + І2r. Розв’язавши сумісно два рівняння, матимемо: 𝑟=𝐼1𝑅1−𝐼2𝑅2𝐼2−𝐼1 Підставивши значення r в одне із рівнянь, матимемо значення ЕРС: 𝜀1=𝐼1𝑅1−𝐼1·(𝐼1𝑅1−𝐼2𝑅2)(𝐼2−𝐼1) або 𝜀2=𝐼2𝑅2−𝐼2·(𝐼1𝑅1−𝐼2𝑅2)(𝐼2−𝐼1)

Хід роботи 1. Запускаємо на ПК віртуальну лабораторію. 2. Накреслимо послідовне коло з джерела струму, амперметра, магазина опорів і вимикача. 3. За накресленою схемою складемо електричне коло. 4. У налаштуваннях встановлюємо випадковий (на власний розсуд) опір батареї.

5. У магазині опорів увімкнемо резистор опором 5 Ом. 6. Замкнемо коло і знімемо показання, амперметра І1. 7. Увімкнемо резистор в магазині опорів на 9 Ом.

8. Замкнемо коло і знімемо покази амперметра І2. 9. Результати вимірювань занесемо до таблиці.

№ досліду

Сила струму, А

Опір зовнішнього кола, Ом

ЕРС ε, В

Середнє значення ЕРС εсер, В

Внутрішній опір, Ом

Напруга на клемах джерела, В

Відносна похибка

1

2

10. Знайдемо значення ЕРС і внутрішній опір джерела за формулами: 𝜀1=𝐼1𝑅1−𝐼1·𝑟; 𝜀2=𝐼2𝑅2−𝐼2·𝑟; 𝑟=𝐼1𝑅1−𝐼2𝑅2𝐼2−𝐼1.

11. За розімкнутого кола виміряємо напругу U на клемах джерела. 12. Розрахувати відносну похибку вимірювань, скориставшись співвідношенням . Висновок:

Контрольні запитання

1. Який фізичний зміст ЕРС?

2. Сформулюйте закон Ома для ділянки кола в інтегральній та диференціальній формі та закон Ома для повного кола.

3. Дайте означення вольта.

4. Що таке “коротке замикання”?

5. Яка швидкість струму у провіднику?

6. Яка швидкість напрямленого руху електронів у провіднику при проходженні в ньому струму?