ĆWICZENIE 13 POMIAR REZYSTANCJI ZA POMOCĄ MOSTKA PRĄDU STAŁEGO

Transkrypt

1 POMIA EZYSTANCJI ZA POMOCĄ MOSTKA PĄDU STAŁEGO 1. Opis teoretyczny do ćwiczenia zamieszczony jest na stronie w dziae DYDAKTYKA FIZYKA ĆWICZENIA LABOATOYJNE.. Opis kład pomiarowego Zasada bdowy i równoważenia mostka Wheatstone a jest zgodna z rysnkiem przedstawionym poniżej, gdzie to całkowita dłgość drt reochord (1 m). amię AC odpowiada mierzonej rezystancji, zaś ramię AD wzorcowej rezystancji zatyczkowej. Wiekości rezystancji i zaeżą od położenia swaka reochord. Przy przeswani swaka zmieniają się wiekości rezystancji i, a w związk z tym ich stosnek. Dokonjąc równoważenia mostka dobieramy za pomocą rezystora zatyczkowego taką wartości jego rezystancji by przy położenia swaka reochord w pobiż połowy jego dłgości przez gawanometr nie płynął prąd. Pomiar nieznanej rezystancji sprowadza się do znaezienia takiego położenia swaka reochord (np. w zakresie 0 50 cm), przy którym przez gawanometr nie płynie prąd. ezystancją mogą być pojedyncze rezystory: 100 W, 150 W, 680 W, 1000 W b ich połączenia równoegłe czy szeregowe.

2 ys. 1 Schemat połączenia mostką Wheatstone a Na schemacie montażowym dodatkowo zainstaowano komtator słżący do zamiany miejscami rezystancji włączonych w ramiona mostka bez przełączania przewodów. Stosowanie komtatora jest wskazane z tego powod, że drt reochord nie bywa całkowicie jednorodny wzdłż całej dłgości i datego stosnek / nie jest dokładnie równy stosnkowi /. Drgim eementem który może różnić kład pomiarowy od schemat jest podwójny kcz K, którym można otwierać i zamykać obwód prąd, jak i obwód gawanometr. Jego konstrkcja pozwaa przy naciśnięci zamykać najpierw obwód prąd, a po nim obwód gawanometr, zaś przy otwierani odwrotnie. Zastosowanie kcza pozwaa włączać obwód na krótki okres, co zapobiega nagrzewani się drt, a jednocześnie zabezpiecza gawanometr przed przeciążeniem. Obwód zasiany jest prądem stałym. ozpatrzmy zaeżność, z której metodą pośrednią okreśamy wartość nieznanej rezystancji. Mierzymy z niepewnością maksymaną. Wartość oraz zostały zmierzone ze znacznie większą precyzją. Załóżmy, że ich niepewności maksymane wynoszą odpowiednio niepewność złożona bezwzgędna wyznaczanej rezystancji wyniesie: oraz. Wówczas c 1 Przy pominięci wkładów od błęd oraz jako znacznie mniejsze od wkład pochodzącego od powyższy wzór przyjmje postać: c 1 ( )

3 a niepewność wzgędna: ĆWICZENIE 1 c, r c 1 ( ) Niepewność wzgędna osiąga minimm da takiej wartości, przy której mianownik powyższego wyrażenia osiąga maksimm. Łatwo zaważyć, że warnek ten ma miejsce da, czyi w sytacji, gdy (tzn. = ). Wówczas spełniony jest warnek =. Da tej szczegónej sytacji niepewność wzgędną wyznaczanej rezystancji możemy wyrazić niepewnością wzgędną zmierzenia dłgości : c, r Wzór powyższy możemy stosować, gdy mało różni się od, czyi gdy jest biskie.. Przeprowadzenie pomiarów 1. Zmontować kład pomiarowy wedłg schemat b sprawdzić poprawność jego zmontowania.. Ustawić komtator w położeni I, a na rezystorze zatyczkowym rezystancję 100 W (wyjęta zatyczka z gniazda 100 W ). Nie stawiać rezystora zatyczkowego na niższą rezystancję!. Ustawić swak w połowie dłgości reochord, zaś na rezystancji zatyczkowej dobrać taką rezystancję (zbiżoną do rezystancji badanej), aby przy zamykani kcza K (dociskani w pnkcie B przewod do reochord) przez gawanometr płynął minimany prąd. Obwód mostka zamykamy tyko na chwię, by nie rozgrzewać przewodów.. Doprowadzić do sytacji, że przez gawanometr nie płynie prąd zmieniając jedynie położenie swaka reochord w zakresie np. +/- 10 cm od położenia 1/ dłgości reochord.. Jeżei nie jest to możiwe naeży zmienić rezystancję na rezystorze zatyczkowym. 5. Przy zrównoważonym mostk odczytać wartość i położenie swaka reochord. 6. Zmienić położenie komtatora i ponownie zrównoważyć mostek przy tej samej wartości rezystancji zmieniając jedynie położenie swaka reochord. Odczytać wartość '. 7. Powtórzyć pomiary wedłg pnktów -6 da drgiej rezystancji, a także da tych dwóch rezystancji połączonych szeregowo oraz połączonych równoege. 8. Powtórzyć pomiary wedłg pnktów -6 da wszystkich badanych rezystancji ae w pnkcie przyjąć, że wychyenia w zakresie np. +/- 10 cm są reaizowane od położenia np. 1/ dłgości reochord. 9. Zapisać parametry stanowiska i ich niepewności oraz niepewności narzędzi pomiarowych.

4 . Opracowanie wyników pomiarów ĆWICZENIE 1 Wyznaczenie średniej rezystancji x oraz jej niepewności Wykonać da wszystkich mierzonych przypadków. 1. Szkana wartość rezystancji jest średnią z pomiarów przy ob stawieniach komtatora. Ponieważ =' to.. Wyznaczyć niepewność maksymaną ze wzor 1 ', gdzie i oznaczają dłgości ' odcinka przy różnych położeniach komtatora. Jeżei tak otrzymany wynik jest mniejszy od niepewności odczyt położenia swaka reochord (np. 1 mm), to za naeży przyjąć niepewność odczyt położenia swaka reochord... Wyznaczyć niepewność wzgędną ze wzor c, r. Wyznaczyć niepewność bezwzgędną ze wzor,. c c r 5. Wyznaczyć niepewność rozszerzoną ze wzor U x k c x współczynnik rozszerzenia k=. przyjmjąc do obiczeń Wyznaczenie teoretycznych wartości rezystancji x 6. Wyznaczyć teoretyczne wartość rezystancji da połączenia szeregowego oraz połączenia równoegłego. 5. Podsmowanie 1. Zgodnie z regłami prezentacji wyników zestawić wyznaczone wiekości x, c ( x ), c,r ( x ),U( x ), oraz ich wartości odniesienia da: a) rezystancji A (abo B) przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, b) rezystancji A (abo B) przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, c) rezystancji A i B połączonych równoege przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, d) rezystancji A i B połączonych szeregowo przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord.

5 . Przeanaizować zyskane reztaty: a) która z wartości c,r ( x ) jest większa z pnkt 1.a) czy z pnkt 1.b) oraz jaki ma na to wpływ występowanie błędów grbych, systematycznych i przypadkowych, b) czy istnieje część wspóna przedziałów ( x +/- U( x )) z pnktów 1.a) oraz 1.b) oraz jaki ma na to wpływ występowanie błędów grbych, systematycznych i przypadkowych, c) która z niepewności pomiar z pnktów 1.a), 1.c) oraz 1.d) wnosi największy wkład do niepewności złożonej c ( x ), d) czy spełniona jest reacja 0,1 < c,r ( x ) w pnktach 1.a), 1.c) oraz 1.d ) oraz jaki ma na to wpływ występowanie błędów grbych, systematycznych i przypadkowych, e) czy spełniona jest reacja, że teoretyczne,naeży do przedział ( x +/- U( x )) w pnktach 1.a), 1.c) i 1.d) oraz jaki ma na to wpływ występowanie błędów grbych, systematycznych i przypadkowych.. Wyciągnąć wnioski pod kątem występowania błędów grbych, systematycznych i przypadkowych oraz ich przyczyn. Zaproponować działania zmierzające do podniesienia dokładności wykonywanych pomiarów. Wyjaśnić czy cee ćwiczenia zostały osiągnięte. 6. Przykładowe pytania Zamieszczone są na stronie w dziae DYDAKTYKA FIZYKA ĆWICZENIA LABOATOYJNE. ************************* Zadania dodatkowe do wyznaczenia i anaizy: 1. Wyznaczenie rezystancji A i B przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, oraz rezystancji A i B przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, a następnie anaiza i synteza wpływ sposob równoważenia mostka na dokładność.. Wyznaczenie rezystancji A i B połączonych równoege przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, oraz rezystancji A i B połączonych równoege przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, a następnie anaiza i synteza wpływ sposob równoważenia mostka na dokładność.. Wyznaczenie rezystancji A i B połączonych szeregowo przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, oraz rezystancji A i B połączonych szeregowo przy pomiarze w około 1/ dłgości reochord, a następnie anaiza i synteza wpływ sposob równoważenia mostka na dokładność.. W oparci o pnkty 1- zadań dodatkowych przeanaizować: wpływ wartości mierzonej rezystancji oraz sposob równoważenia mostka na dokładność. Wykonać wykres wartości zmierzonych i ich niepewności w fnkcji wartości teoretycznych, nanieść na wykres prostą interpojącą.

6 Zespół w składzie cee ćwiczenia: 1. wyznaczenie dokładnej wartości rezystancji A;. wyznaczenie dokładnej wartości połączenia równoegłego rezystancji A i B;. wyznaczenie dokładnej wartości rezystancji B;. wyznaczenie dokładnej wartości połączenia szeregowego rezystancji A i B; 5. wykazanie jak sposób równoważenia mostka wpływa na niepewność (dokładność) wynik..1 Wartości teoretyczne wiekości wyznaczanych b okreśanych: ezystancja A... ezystancja B Potwierdzić na stanowisk wartości parametrów i ich niepewności! Dłgość reochord 1000 mm Pomiary i wagi do ich wykonania: Niepewności pomiarów rezystancji zatyczkowej... Niepewności pomiarów natężenia w gawanometrze... Niepewności pomiarów położenia reochord

7 ezystor zatyczkowy rezystancja w... eochord (równowaga w 1/ dłgości +/- 10%) dłgość w... Komtator w położeni I i II w położeni I w położeni II ezystor A ezystor B ezystory A i B równoege ezystory A i B szeregowo ezystor zatyczkowy rezystancja w... eochord (równowaga w 1/ dłgości +/- 10%) dłgość w... Komtator w położeni I i II w położeni I w położeni II ezystor A ezystor B ezystory A i B równoege ezystory A i B szeregowo. Data i podpis osoby prowadzącej Strona drga Karty Pomiarów