Praktikum II Elektřina a magnetismus



Podobné dokumenty
PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Fyzikální praktikum II

Obrázek 1: Schema čtyřbodového zapojení (převzato z [1]) 2. Změřte odpor šesti drátů Wheatstoneovým a Thomsonovým můstkem Metra - MTW.

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Praktikum II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

1. Změřit metodou přímou závislost odporu vlákna žárovky na proudu, který jím protéká. K měření použijte stejnosměrné napětí v rozsahu do 24 V.

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Praktikum III - Optika

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

2. Stanovte hodnoty aperiodizačních odporů pro dané kapacity (0,5; 1,0; 2,0; 5,0 µf). I v tomto případě stanovte velikost indukčnosti L.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Fyzikální praktikum...

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Fyzikální praktikum I

Fyzikální praktikum II

Praktikum III - Optika

Fyzikální praktikum...

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. XXII. Název: Diferenční skenovací kalorimetrie

1. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli z protažení drátu. 2. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli a duralu nebo mosazi z průhybu trámku.

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

1. Změřte teplotní závislost povrchového napětí destilované vody σ v rozsahu teplot od 295 do 345 K metodou bublin.

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 10 Název: Rychlost šíření zvuku. Pracoval: Jakub Michálek

Praktikum I úloha IX. Měření modulu pružnosti v tahu

Praktikum III - Optika

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Posuzoval:... dne:...

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.XI. Název: Měření stočení polarizační roviny

Fyzikální praktikum III

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

1. Změřte momenty setrvačnosti kvádru vzhledem k hlavním osám setrvačnosti.

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

1. Změřte průběh intenzity magnetického pole na ose souosých kruhových magnetizačních cívek

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

I Mechanika a molekulová fyzika

Fyzikální praktikum I

1. Teorie. jednom konci pevně upevněn a na druhém konci veden přes kladku se zrcátkem

1. Stanovte a graficky znázorněte charakteristiky vakuové diody (EZ 81) a Zenerovy diody (KZ 703).

3. Diskutujte výsledky měření z hlediska platnosti Biot-Savartova zákona.

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Speciální praktikum z abc

Praktikum III - Optika

1. Určete závislost povrchového napětí σ na objemové koncentraci c roztoku etylalkoholu ve vodě odtrhávací metodou.

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

2 Přímé a nepřímé měření odporu

Úloha 5: Charakteristiky optoelektronických součástek

PRAKTIKUM I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

INSTITUT FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

9. MĚŘENÍ SÍLY TENZOMETRICKÝM MŮSTKEM

1. Měřením na rotačním viskozimetru zjistěte, zda jsou kapaliny připravené pro měření newtonovské.

Úkol č. 1: Změřte měrnou tepelnou kapacitu kovového tělíska.

FYZIKA. a v izolantech zcela nebo z velké části chybí. Napětí U mezi konci vodiče vyvolá podle Ohmova zákona proud vodičem o velikosti I = U R, (1)

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

ELEKTRICKÉ STROJE. Laboratorní cvičení LS 2013/2014. Měření ztrát 3f transformátoru

Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem

Úloha 4: Totální účinný průřez interakce γ záření absorpční koeficient záření gama pro některé elementy

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecně fyziky MFF UK. úlohač.11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

Střední od 1Ω do 10 6 Ω Velké od 10 6 Ω do Ω

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Elektrická vodivost elektrolytů. stud. skup.

Zapojení teploměrů. Zadání. Schéma zapojení

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

6 Měření transformátoru naprázdno

Praktikum III - Optika

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.IV

Ohmův zákon Příklady k procvičení

Elektronické praktikum EPR1

Kalibrace odporového teploměru a termočlánku

Pomůcky. Postup měření

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Praktikum III - Optika

Transkript:

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK Praktikum II Elektřina a magnetismus Úloha č. IV Název: Měření malých odporů Pracoval: Matyáš Řehák stud.sk.: 13 dne: 10.10.2008 Odevzdal dne:... Hodnocení: Připomínky: kapitola referátu možný počet bodů udělený počet bodů Teoretická část 0-3 3 Výsledky měření 0-10 10 Diskuse výsledků 0-4 4 Závěr 0-2 2 Seznam použité literatury 0-1 1 Celkem max. 20 20 Posuzoval:... dne:...

Pracovní úkol 1) Změřte průměry šesti drátů na pracovní desce 2) Změřte odpor šesti drátů Wheatstoneovým a Thomsonovým můstkem Metra MTW. Vysvětlete rozdíly ve výsledcích měření 3) Změřte odpory ve čtyřbodovém zapojení pomocí můstku KEITHLEY Model 2010 4) Stanovte měrný odpor jednotlivých vzorků, stanovte příslušnou chybu výsledku. Stanovené hodnoty porovnejte s hodnotami uváděnými v tabulkách Teorie (viz. [1]) Měření můstkovými obvody je založeno na tom, že mezi dvěma vybranými body neteče proud, tyto metody jsou jedny z nejpřesnějších. Wheatstoneův můstek Tento můstek je jednoduchý, složený ze čtyř odporů (viz obr. 1). Teče-li galvanometrem G nulový proud ( I 5 = 0), pak platí rovnice: 1 = 3. (1) 2 4 Obr. 1 Tento vztah nám umožňuje pomocí tří známých odporů určit čtvrtý, neznámý. Tento můstek ovšem není vhodný pro měření malých odporů (menší než 1 Ω), neboť se projevuje odpor přívodních vodičů. Thomsonv můstek Tento můstek je vhodný pro měření velmi malých odporů. Je znázorněn na obr. 2. V rovnováze, je pokud galvanometrem G teče nulový proud. Pokud se zvolí odpory P, p, Q a g tak, aby platilo: p q =, (2) P Q pak je můstek v rovnováze pokud platí: Obr. 2

X Q =. (3) P N Tento můstek je určen pro měření odporů menších než 1 Ω, čtyřbodové zapojení zaručuje, že se odpor přívodních vodičů výrazně neprojeví. Měrný odpor Je definován vztahem: S ρ =, (4) l kde je odpor homogenního vodiče délky l a průřezu S. Výsledky měření Teplota vzduchu v místnost: 22,6 C Tab. 1: Délka a průměr měřených drátů d i [mm] Wolfram Měď Konstantan Železo Mosaz Chromnikl 1 0,684 1,127 0,390 0,402 0,586 1,003 2 0,685 1,130 0,391 0,402 0,595 1,006 3 0,679 1,119 0,398 0,404 0,590 0,994 4 0,686 1,106 0,397 0,412 0,591 1,000 5 0,687 1,113 0,402 0,400 0,594 0,999 6 0,685 1,100 0,418 0,404 0,592 0,994 d [mm] 0,684 1,116 0,399 0,404 0,591 0,999 σ d [mm] 0,005 0,011 0,009 0,005 0,005 0,005 l [mm] 899 899 899 899 899 899 σ l [mm] 3 3 3 3 3 3 d i naměřený průměr na různých místech d průměrný průměr σ d chyba průměru (statistická a chyba měřícího přístroje) l délka vodiče σ l chyba délky určená odhadem (neboť dráty byly různě napnuté a zohýbané) Wheatstoneův můstek Hodnota měřeného odporu ( 1 ) je určena vztahem 2 3 1 =, (5) 4

vycházejícím ze vztahu (1). Hodnoty 3 a 4 se nastavovaly pomocí kolíku, pro využití všech míst na dekádě jsem využil nastavení 3 / 4 = 1/1000. 2 jsem nastavoval na dekádě. Tab. 2: Odpor a měrný odpor drátů měřený Wheatstoneovým můstkem 1 [mω] σ 1 [mω] ρ 1.10-9 [Ω.m] σ ρ1.10-9 [Ω.m] ρ.10-9 [Ω.m] σ ρ1.10-9 [Ω.m] Wolfram 155,8 0,3 63,7 1,0 55,6 0,8 Měď 37,0 0,3 40,2 0,9 18,5 0,5 Konstantan 3709,8 0,3 517 24 514 24 Železo 1424,3 0,3 203 5 200 5 Mosaz 237,4 0,3 72,5 1,3 66,4 1,1 Chromnikl 1181,1 0,3 1030 11 1013 11 1 naměřený odpor drátu, ze vztahu (5) σ 1 chyba odporu drátu, daná odhadem citlivosti galvanometru ρ 1 měrný odpor bez započtení odporu přívodních vodičů σ ρ1 chyba měrného odporu daná přenosem chyb z délky, průměru a odporu drátu ρ měrný odpor se započtením odporu přívodních vodičů (jejich odpor byl změřen jako (20,0 ± 0,3) mω) σ ρ chyba měrného odporu daná přenosem chyb z délky, průměru a odporu drátu a odporu přívodních vodičů Thomsonův můstek Hodnota měřeného odporu ( x ) je určena vztahem Q = N x, P (6) vycházejícím ze vztahu (3). Odporový normál N byl 0,1 Ω. P jsem nastavoval kolíkem a Q na dekádě. Tab. 3: Odpor a měrný odpor drátů měřený Thomsonovým můstkem Q [Ω] P [Ω] [mω] σ [mω] ρ.10-9 [Ω.m] σ ρ.10-9 [Ω.m] Wolfram 1378,0 1000 137,8 0,3 56,4 0,9 Měď 165,9 1000 16,6 0,3 18,0 0,5 Konstantan 3725,5 100 3725,5 0,3 519 24 Železo 1486,4 100 1486,4 0,3 212 5 Mosaz 2229,5 1000 223,0 0,3 68,1 1,2 Chromnikl 1179,1 100 1179,1 0,3 1029 11 Q odpor na dekádě P odpor nastavovaný kolíkem odpor drátu σ - chyba odporu drátu, daná odhadem citlivosti galvanometru ρ měrný odpor drátu σ ρ chyba měrného odporu daná přenosem chyb z délky, průměru a odporu drátu

Digitální můstek KEITHLEY Model 2010 Tab.4: Odpor a měrný odpor drátů měřený digitálním můstkem σ ρ.10-9 [mω] σ [mω] ρ.10-9 [Ω.m] [Ω.m] Wolfram 137,7 0,5 56,3 0,9 Měď 16,8 0,5 18,3 0,7 Konstantan 3626,0 0,5 505 24 Železo 1478,8 0,5 211 5 Mosaz 220,5 0,5 67,4 1,2 Chromnikl 1179,2 0,5 1029 11 naměřený odpor σ chyba odhadnutá fluktuacemi hodnot na displeji (v krátkém návodu k měřícímu přístroji nebyla zmínka o určení chyb meření) ρ měrný odpor drátu σ ρ chyba měrného odporu daná přenosem chyb z délky, průměru a odporu drátu Srovnání naměřených a tabulkových hodnot Tab. 5: Porovnání naměřených a tabulkových hodnot měrných odporů ρ W.10-9 [Ω.m] ρ T.10-9 [Ω.m] ρ D.10-9 [Ω.m] ρ T1.10-9 [Ω.m] ρ T2.10-9 [Ω.m] Wolfram 55,6 ± 0,8 56,4 ± 0,9 56,3 ± 0,9 54,2 59 Měď 18,5 ± 0,5 18,0 ± 0,5 18,3 ± 0,7 17,07 19,4 Konstantan 514 ± 24 519 ± 24 505 ± 24 490 501 Železo 200 ± 5 212 ± 5 211 ± 5 101 111 až 223 Mosaz 66,4 ± 1,1 68,1 ± 1,2 67,4 ± 1,2 72 až 93 83 Chromnikl 1013 ± 11 1029 ± 11 1029 ± 11 1040 1104 ρ W měrný odpor naměřený Wheatstoneovým můstkem ρ T měrný odpor naměřený Thomsonovým můstkem ρ D měrný odpor naměřený digitálním můstkem KEITHLEY Model 2010 ρ T1 hodnoty z tabulek [2], se započtením teplotního součinitele ρ T2 - hodnoty z tabulek [3], se započtením teplotního součinitele Diskuse měření průměru je v mocnině! Při měření rozměrů vodičů bylo asi největším zdrojem chyb měření jejich délky, kde metoda, tedy pásmové měřidlo, není příliš přesná z důvodů průhybu měřidla a špatného určení krajních bodů, v tomto případě měly rysky na koncích drátů průměr kolem 2 mm, navíc některé dráty byly poměrně zprohýbané, toto jsem rovněž započítal do odhadu chyb. Určení průměru bylo zatíženo chybou menší. Při měření Wheatstoneovým můstkem je největším zdrojem chyb odpor přívodních vodičů a přechodových svorek. Tato chyba je při měření některých drátů (zejména měďeného) dokonce řádově stejná s měřenou hodnotou. Možné bylo odstranit chybu jen u přívodních vodičů změřením jejich vlastního odporu a jeho odečtením od celkové hodnoty. Thomsonův můstek a digitální můstek KEITHLEY Model 2010 je velmi přesný a proto tam žádné příliš velké chyby (myšleno zejména systematické) nevznikají. Při průchodu proudu vodičem vzniká Jouleovo teplo, které vodič zahřívá, čímž se mění jeho odpor. U měřených vodičů odpor s teplotou roste (s výjimkou konstantanu a chromniklu,

kde je závislost minimální). Proto by měření mohlo být ovlivněno teplotou vyšší než naměřenou v místnosti. Toto zvýšení teploty ovšem bylo při daných parametrech a proudu v řádu 100 ma zanedbatelné a navíc jsem ho minimalizoval co nejrychlejším měřením po zapojení drátu. V Tab. 5 jsou zaznamenány naměřené a tabelované hodnoty měrného odporu. U wolframu se hodnota naměřená Thomsonovým a digitálním můstkem velmi dobře shoduje a tato se v rámci chyby shoduje i s hodnotou s Wheatstoneova můstku. Všechny tyto naměřené hodnoty jsou v rozmezí udaném dvěma různými tabelovanými hodnotami, takže se dají považovat za správné. Měrný odpor mědi se dobře shoduje u všech tří metod a rovněž je mezi dvěma různými hodnotami z různých tabulek, takže se také dá považovat za správný. Hodnoty u konstantanu se v rámci chyby shodují jak naměřená, tak do značné míry i tabelované. Naměřený měrný odpor železa se dobře shoduje u Thomsonova a digitálního můstku, u Wheatstoneova je paradoxně poněkud nižší. Tyto hodnoty nelze příliš srovnat s tabulkami, jelikož z nich vyplývá, že existuje více druhů železa (resp. oceli) s různým odporem. Naměřené hodnoty u mosazi se do značné míry shodují (leč ne v rámci chyby), avšak tabelované hodnoty jsou poněkud vyšší. Toto si vysvětluji poněkud jiným složením měřené mosazi. U chromniklu se naměřené hodnoty dobře shodují, rovněž se shodují s údajem z tabulek [2]. V tabulkách [3] je pravděpodobně uváděn odpor chromniklu s mírně odlišným složením. Závěr Změřil jsem třemi různými zadanými metodami měrný odpor wolframu, mědi, konstantanu, železa, mosazi a chromniklu a srovnal naměřené hodnoty s tabelovanými. Výsledky jsem přehledně znázornil v tab.5. Literatura [1]. Bakule, J. Šternberk: Fyzikální praktikum II., SPN, Praha [2] J. Brož, V. oskovec, M. Valouch: Fyzikální a matematické tabulky, SNTL, Praha 1980 [3] J. Mikulčák a kol.: Matematické, fyzikální, chemické tabulky, SPN, Praha 1970