Лабораторна робота

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-constructionkit-dc-virtual-lab).  

Теоретичні відомості

За законом Ома в повному колі ЕРС дорівнює сумі всіх спадів напруги на внутрішній і зовнішній ділянках кола ε = U_зовн + U_вн. Якщо врахувати закон Ома для ділянки кола, то  U_зовн.= І ·R_зовн., a U_вн = І · r, де r - внутрішній опір джерела струму.

Отже, ε = I R_зовн + 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 I_1. 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: 

Підставивши значення r в одне із рівнянь, матимемо значення ЕРС:

або

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.

10.   Знайдемо значення ЕРС і внутрішній опір джерела за формулами:

.

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?