Методические указания к выполнению лабораторных занятий по дисциплине «физика» Алмалык 2020

Порядок выполнения работы

1. Устанавливают конденсатор известной емкости C_o на 0,5 мкф.

2. Включают неизвестный конденсатор C_x.
3. С помощью тумблера №1 подают в схему переменное напряжение.
4. Перемещая движок D, добиваются исчезновения звука в телефоне и по реохорду отсчитывают плечо l₂ и плечо l₁.
5. По формуле (18) определяют неизвестную емкость.
6. Повторяют опыт по определению C_x при C_o=1 мкф.
7. Вместо первого конденсатора присоединяют второй неизвестный конденсатор C_x. Проводят с этим конденсатором такие же измерения, как и с конденсатором C_x.
8. Конденсаторы C_x и C_x включают в цепь в месте сначала параллельно, а потом последовательно. Измеряют общую емкость двух конденсаторов при параллельном и последовательном их соединении.
9. Вычисляют емкость системы конденсаторов при последовательном и параллельном соединении по формулам C= и C=C_x+C_x, подставляя C_x и C_x, найденные из опыта.
Результаты измерений заносят в таблицу.

	Co, мкФ	l1, м	l2, м	Cx	Теоретическая проверка
Конденсатор Cx	0,5 1
Конденсатор Cx	0,5 1
Параллельное соединение Cx и Cx	0,5 1
Последовательное соединение Cx и Cx	0,5 1

Контрольные вопросы

1. Что называется емкостью и в каких единицах она измеряется?

2. От чего зависит емкость конденсатора? Формула емкости плоского конденсатора.
3. Почему в мостиковой схеме для определения емкости применяется переменный ток звуковой частоты?
4. Почему в схеме мостика гальванометр заменен телефоном?
5. Чему равна емкость при последовательном и параллельном соединении конденсаторов?
6. Что называется емкостным сопротивлением и от чего оно зависит?
7. Напишите формулу равновесия мостика и объясните способ ее получения.


Лабораторная работа №10

Определение мощности и сопротивления лампы накаливания

Цель работы: Изучение зависимости мощности и сопротивления проводника от температуры.


Приборы и принадлежности: две лампочки накаливания, амперметр, вольтметр, реостат, источник переменного тока с напряжением 220 В.


Теоретические сведения


Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. Ознакомимся природой возникновения электрического тока в металлах. Металлы имеют структуру кристаллической рещетки, в узлах которых расположины положительные ионы. Эти положительные ионы, это атомы потерявщие валентные электроны. Валентные электроны слабо связаны со своими атомами. И поэтому эти электроны считаются свободными электронами. Они внутри металла движутся беспорядочно. На рис. 1.1a показан упрощенный вариант расположения ионов и движение электронов. Стоит отметить, что если с каждого атома отделится по одному валентному электрону, то в единице объема (в 1 см³) количество свободных электронов будет равна 10²²10²³.
Введем проводник, т.е. металл в однородное электрическое поле. Под воздействием электрического поля свободные электроны будут двигаться упорядоченно. В результате, в металле возникнет электрический ток. Конечно, электроны при том сохраняют и свое начальное неупорядоченное движение. Упорядоченное движение свободных электронов показана на рис. б.Обычно, за направление электрического тока принимают упорядоченное движение положительных зарядов.
Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. Сила тока является скалярной величиной и численно равна количеству электрического заряда проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени:
I=dq/dt. (1.1)
В системе СИ сила тока измеряется в амперах (А). Следует отметить, что ампер является основной единицей измерения в разделе “Электричества”. Единица электрического заряда - Кулон через Ампер определяется следующим образом:
1 Кл=1 А^.1 с
Если с течением времени значение и направление силы тока не изменится, то такой ток называется постоянным. Для постоянного тока выражение (1.1) принимает вид:
I=q/t, (1.2)
где q – количество заряда проходящего через поперечное сечение проводника за время t.
Познакомимся еще с одной физикой величиной – плотность тока. Сила тока проходящая через поперечное сечение проводника называется плотностью тока. Отсюда вытекает, что сила тока должна быть перпендикулярно сечению проводника. Значить плотность тока имеет векторную природу. Направление плотности тока совпадает с направлением движения положительных зарядов. Плотность тока определяется по формуле:
j=I/S. (1.3)
Допустим, что через поперечное сечение проводника к которому приложено напряжение U за время dt проходит заряд q. Работа совершаемая при перемещении заряда равна
dA=Uq=IUdt. (1.4)
Если сопротивление проводника равна R, то по закону Ома
dA=I²Rdt=(U²/R)dt
P=dA/dt=UI=I²R=U²/R. (1.5)
С помощью формул (1.4) и (1.5) можно определить мощность тока.
Если электрический ток протекает через неподвижный металлический проводник, то вся работа расходуется на нагревание проводника. Согласно закону сохранения энергии
dQ=dA.
Таким образом, для выделяемого количества теплоты справедливо формула
dQ=UIdt=I²Rdt=(U²/R)dt, (1.6)
которая является законом Джоуля-Ленца.
Выделение тепла при протекании тока через проводник можно легко объяснить с помощью классической теории. Упорядоченно движущиеся электроны при столкновении с ионами теряют свою упорядоченную скорость. Потеря упорядоченной скорости приводит к потери энергии. Можно придти к выводу, что эта энергия передается иону. Эта энергия в виде тепла отделяется из металла. Это качественная формулировка закона Джоуля-Ленца.
Неоднородная цепь – это цепь, в которой имеется и электродвижущая сила (ЭДС) и разность потенциалов. Если проводник по которому течет ток неподвижен, то вся работа совершаемая силами (внешними и электростатическими) расходуется на тепло. Количество совершенной работы определяется по формуле
A₁₂=q₁₂+q(₁–₂). (1.7)
В свою очеред эта работа равна выделяемому количеству теплоты, т.е.
dQ=I²Rdt=IR(Idt)=Irq. (1.8)
Из формул (1.7) и (1.8) можно получить формулу
IR=(₁–₂)+₁₂
или I=((₁–₂)+₁₂)/R. (1.9)
Формула (1.9) называется законом Ома для неоднородного участка цепи.
Если цепь замкнута, то точки 1 и 2 совпадут, следовательно ₁=₂ и формула (1.9) пишется в следующем виде
I=/R.
Всякую замкнутую цеп можно разделить на две части: на внешнюю с сопротивлением R и падением напряжения U₁ и внутренюю с сопротивлением r и падением напряжения U₂. Где, r – внутренее сопротивление, которое связано с процессами происходящими внутри источника тока. Согласно закону Ома
U₁=I R, U₂=I r.
Сумма U₁ и U₂ равна ЭДС истока тока:
=U₁+U₂ ёки =IR+Ir.
Отсюда
I=/(R+r). (1.10)
Формула (1.10) является законом Ома для замкнутой цепи.