Определение неизвестных сопротивлений при помощи мостовой схемы

Лабораторная работа 3.3.

«Определение неизвестных сопротивлений

при помощи мостовой схемы»

Цель работы: изучение законов постоянного тока.

Теоретическая часть

       В проводниках существуют свободные носители электрического заряда – электроны. Под действием электрического поля, которое можно создать в проводнике, возникает непрерывное упорядоченное движение электронов. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения свободных положительных зарядов.

      Количественной мерой электрического тока служит сила тока I. Это скалярная физическая величина, которая определяет количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени:

[pic 1]

      Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А). Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов Δϕ на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами. При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

      Электродвижущей силой источника (ЭДС) называется физическая величина, равная работе сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному полюсу, отнесённая к величине этого заряда. ЭДС и Δϕ в системе СИ измеряется в вольтах (В):

[pic 2]

      Цепь постоянного тока можно разбить на участки, на которых не действуют сторонние силы, то есть участки, не содержащие источников тока. Эти участки называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.

     Немецкий физик Г. Ом в 1826 г. экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению на концах проводника:

[pic 3]

где  [pic 4] – напряжение на участке цепи; R – его сопротивление, Ом. Аналогично тому, как трение в механике создаёт противодействие движению тел, сопротивление проводника создаёт противодействие направленному движению электрических зарядов и определяет превращение электрической энергии во внутреннюю энергию проводника.

       Закон Ома для замкнутой цепи: сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней и внутренней цепи:

[pic 5]

где R – внешнее сопротивление цепи; r – внутреннее сопротивление источника тока. Сопротивление однородного проводника

                      [pic 6]                 (1)

где ρ – удельное сопротивление проводника, Ом∙м; l – длина проводника; s – площадь поперечного сечения. Большинство электрических цепей содержат комбинации последовательно или параллельно включённых сопротивлений.

       Полное сопротивление цепей определяется из выражения [pic 7]. При последовательном соединении через все сопротивления течёт один и тот же ток, и падение напряжения на сопротивлениях пропорционально величинам этих сопротивлений. Сопротивление последовательно соединенных проводников

[pic 8]

      При параллельном соединении сопротивлений имеем одинаковое падение напряжения, но различную силу тока на участках [pic 9] Следовательно, разделив на U обе части этого выражения, получим:

[pic 10]

где [pic 11]– сопротивление i-го проводника; N – число проводников.