Вивчення законів постійного струму

Мета роботи: перевірка закону Ома для неоднорідної ділянки кола.

Прилади і обладнання: джерело струму на б В, два джерела на 1,5В, вольтметр , амперметр , реостати.

Теоретичні відомості

Електричний струм - упорядкований рух електричних зарядів. У металах - це рух електронів проти поля, в електролітах – іонів різних знаків у протилежних напрямках, у газах – електронів та іонів, у напівпровідниках - електронів і дірок. Для збудження електричного струму в тілах треба створити електричне поле. Щоб струм був тривалим, енергія поля повинна підтримуватись сталою. Це здійснюється за допомогою джерела струму.

Закон Ома у формі U=IR справджується лише для однорідної ділянки кола, тобто такої, на якій немає стрибків потенціалів за рахунок контактних явищ або дії електрорушійних сил.

Розглянемо неоднорідну ділянку кола 1-2 (рис. І), на кінцях якої діє різниця потенціалів j₁-j₂ . Е.р.с., що діє на даній неоднорідній ділянці кола, позначимо через e_1,2 .

Знайдемо напрям струму (j_1>j₂) . Тоді e_1,2>0 , якщо вона діє в напрямі струму (позначено стрілкою). Скористаємось законом збереження і перетворення енергії. Оскільки провідники нерухомі, то робота dA електростатичних і сторонніх сил, яка виконується при переміщенні заряду dq на ділянці 1-2, дорівнює кількості тепла dQ, яке виділилось під час проходження заряду dq.

Тому можна записати:

Прирівнявши праві частини цих рівнянь, будемо мати:

                         (1)

Це - закон Ома для неоднорідної ділянки кола.

Якщо неоднорідна частина кола складається з кількох ділянок, то формулу (1) можна узагальнити на будь-яке число ділянок:

                         (2)

де      — загальний опір усієї ділянки кола;

— алгебраїчна сума е.р.с., що діють на цій ділянці.

Хід роботи

1. Скласти електричне коло за схемою, показаною на рис. 2.

2. Замкнути вимикач 1, потім 2. Резисторами R₁ і R₂ добитися значення сили струму 0,3 А.

3. Виміряти значення I, U_AB, R₁, R₂, R₃. Результати вимірювань занести до таблиці, яку слід нарисувати самостійно.

4. Обчислити величини, які входять до лівої і правої частини рівняння (2):

При цьому слід врахувати знаки e₁ і e₂ .

5. Зміною опорів R₁ ,R₂ ,R₃ підібрати в колі струми 0,З5 А ; 0,40 А; 0,45А та провести необхідні обчислення згідно пунктів З, 4.

6. Обчислити похибки вимірювань за класом точності вимірювальних приладів та перевірити рівність (2). Зробити відповідні висновки.

Контрольні запитання

1. За яких умов при перевірці закону Ома для неоднорідної ділянки кола можна знехтувати внутрішнім опором амперметра?

2. Чому можна нехтувати внутрішніми опорами джерел струму?

3. Вказати межі застосування закону Ома.