Ćwiczenie nr 36.
Temat: Wyznaczanie oporu wewnętrznego i czułości galwanometru.
LITERATURA:1. Podręczniki uniwersyteckie z fizyki ogólnej np.: Sz. Szczeniowski - Fizyka doświadczalna cz. 3. 2. H. Szydłowski - Pracownia fizyczna”.
3. H. Zawadzki, H. Hofmokl „Laboratorium fizyczne”. 4. T. Dryński – Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki.
5. A. Piekara – Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa 1970 6. B. Jaworski, A. Dietłaf – Kurs fizyki , t. 2, Warszawa 1984.
7. J. Smela, T. Zamorski, A. Puch – Pierwsza pracownia fizyczna - przewodnik Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 1995.
ZAGADNIENIA KOLOKWIALNE:
1. Prawa przepływu prądu. Podstawowe wielkości w magnetyźmie. 2. Typy galwanometrów, ich budowa i zasada działania.
3. Pojęcie oporu wewnętrznego i czułości galwanometru. Znajomość metody pomiaru tych wielkości.
4. Rola SEM indukcji elektromagnetycznej w tłumieniu wahań uzwojenia galwanometru (wyjaśnienie jakościowe).
ZADANIA:
1. Wyznaczyć opór wewnętrzny galwanometru.
2. Wyznaczyć czułość prądową i napięciową galwanometru, oraz zbadać jej zależność od wychylenia.
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 na obudowie
przyrządu.
2. Zestawiamy układ pomiarowy według poniższego 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 Rg Pomiar Rg 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 Ci dla każdego
pomiaru oddzielnie: 2 3 0 1 R R R i C g i
3. Gdy poszczególne wartości Ci różnią się nieznacznie, obliczamy średnią arytmetyczną tej wartości.
Jeżeli zaś różnice pomiędzy wartościami Ci są stosunkowo duże, a rozkład wyników pomiarów w
serii wykazuje pewną regularność sporządzamy wykres zależności czułości od wychylenia Ci=f(α).
4. Na postawie uzyskanych pomiarów czułości prądowej i oporu wewnętrznego galwanometru obliczamy jego czułość napięciową:
g i u R C C Wskazówki do dyskusji błędów:
1. Błąd wyznaczenia średniej wartości oporu wewnętrznego Rg można obliczyć metodą Studenta –
Fishera.
2. Błąd wyznaczenia czułości prądowej Ci Można obliczyć metodą Gaussa (średni błąd kwadratowy
średniej arytmetycznej).
3. Przy sporządzaniu wykresu Ci=f(α). zastosować graficzną dyskusje błędów obliczając błąd
maksymalny czułości Ci dla jednego z pomiarów metodą różniczki zupełnej .
4. Błąd maksymalny wyznaczenia wartości czułości napięciowej galwanometru można obliczyć metodą pochodnej logarytmicznej.
Uwaga: Po zakończeniu pomiarów i odłączeniu galwanometru od układu pomiarowego należy zewrzeć jego końcówki (dlaczego)?
Aparatura:
Galwanometr GL-2, opory dekadowe szt. 3, mikroamperomierz, przełącznik krzyżowy, bateria z podstawką (4,5).
