"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Сопротивление проводника можно определить, измерив напряжение на его концах и силу тока в нём. Для опыта собирают электрическую цепь с источником тока, ключом, амперметром и исследуемым проводником, а вольтметр подключают к концам проводника. Затем показания приборов подставляют в закон Ома: R = U/I. Аккуратное подключение и повторные измерения помогают получить надёжный результат.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сила тока I — физическая величина, показывающая, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени; её измеряют амперметром в амперах. Проще говоря, она показывает, насколько интенсивно движутся заряды в цепи. Это измерение нужно, чтобы узнать ток именно в исследуемом проводнике.
Напряжение U характеризует работу электрического поля по перемещению заряда и измеряется вольтметром в вольтах. Его можно представить как меру действия, которое заставляет заряды двигаться по цепи. Для опыта важно измерить напряжение между концами проводника.
Сопротивление проводника R характеризует его противодействие электрическому току; для участка цепи его находят как отношение напряжения к силе тока и измеряют в омах. Чем больше сопротивление при том же напряжении, тем меньше ток. Именно эту величину требуется определить в лабораторной работе.
Амперметр и вольтметр — приборы для измерения силы тока и напряжения: первый включают последовательно, второй — параллельно участку цепи. Последовательное соединение пропускает через амперметр ток проводника, а параллельное позволяет вольтметру измерить разность потенциалов на его концах. Если поменять способы подключения, показания будут неверными, а приборы могут пострадать.
Цель работы — определить сопротивление данного проводника, измерив силу тока через него и напряжение на его концах. Это удобный способ применить закон Ома на практике: сопротивление не измеряют отдельным прибором, а вычисляют по двум измеренным величинам. Поэтому важно снять показания обоих приборов для одного и того же состояния цепи.
Для опыта нужны источник тока, исследуемый проводник, амперметр, вольтметр, ключ и соединительные провода. Источник создаёт условия для движения зарядов, проводник является объектом измерения, а приборы показывают ток и напряжение. Ключ позволяет замыкать и размыкать цепь, провода соединяют элементы в единую электрическую цепь.
Источник, ключ, амперметр и исследуемый проводник соединяют последовательно. В такой цепи через все элементы проходит один и тот же ток, поэтому амперметр показывает силу тока именно в проводнике. Если включить его в другую ветвь, измерение уже не будет отвечать поставленной задаче.
Вольтметр присоединяют параллельно проводнику: его выводы соединяют с двумя концами этого участка. Так прибор измеряет напряжение именно на проводнике, а не на всей цепи. До замыкания ключа проверяют полярность: положительные выводы приборов должны быть обращены к положительному полюсу источника, а также выбирают подходящий предел измерения.
После снятия показаний сопротивление находят по закону Ома для участка цепи: R = U/I. Напряжение делят на силу тока, а единицы проверяют заранее: вольты, делённые на амперы, дают омы. Если показания записаны в других единицах, их сначала переводят в вольты и амперы.
Сначала собирают цепь при разомкнутом ключе, чтобы ток не пошёл во время соединения приборов. Затем проверяют схему, полярность и пределы измерения, замыкают ключ и считывают показания амперметра и вольтметра. После этого вычисляют сопротивление и записывают результат с единицей измерения.
Опыт можно повторить при нескольких значениях тока и напряжения, каждый раз вычисляя отношение U/I. Близкие значения сопротивления показывают, что результаты согласуются в пределах точности измерений. Если значения заметно различаются, следует проверить схему, считывание показаний и возможные погрешности приборов.
| Что рассматривается | Назначение или правило | Подключение или расчёт | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Амперметр | Измеряет силу тока через проводник | Включают последовательно | Ампер (А) |
| Вольтметр | Измеряет напряжение на проводнике | Подключают параллельно его концам | Вольт (В) |
| Исследуемый проводник | Объект, сопротивление которого определяют | Включают в основную цепь | Ом (Ом) |
| Измеряемые сила тока и напряжение | Показания двух приборов для расчёта | Снимают при одном состоянии цепи | А и В |
| Вычисление сопротивления | Находят сопротивление по закону Ома | R = U/I | Ом (Ом) |
Пользуйся таблицей как проверкой схемы: амперметр должен стоять в основной цепи, а вольтметр — у концов проводника. После записи показаний найди строку о расчёте и раздели напряжение на силу тока. В результате укажи омы, если исходные единицы — вольты и амперы.
Задача 1. На проводнике измерены напряжение 3 В и сила тока 0,5 А. Нужно найти сопротивление. Здесь обе величины уже даны в согласованных единицах, поэтому можно сразу применить закон Ома.
Ответ: сопротивление проводника равно 6 Ом. Проверка смысла результата: при напряжении 3 В ток 0,5 А соответствует отношению U/I, равному шести омах.
Задача 2. Амперметр показывает 0,2 А, вольтметр — 4 В. Найдём сопротивление и проверим схему: амперметр стоит параллельно проводнику, а вольтметр — последовательно. Показания можно подставить в формулу, но сами подключения необходимо исправить.
Ответ: по данным показаниям получается 20 Ом, но измерения сделаны при неверной схеме, поэтому результат нельзя считать надёжным. Амперметр при параллельном включении может вызвать чрезмерный ток, а последовательный вольтметр нарушает работу цепи. После исправления схему проверяют и снимают показания заново.
Задача 3. В трёх опытах получены пары показаний: U = 1,5 В и I = 0,3 А; U = 2,0 В и I = 0,4 А; U = 2,5 В и I = 0,5 А. Нужно найти сопротивление в каждом опыте и сравнить значения. Для каждого опыта берём только соответствующие друг другу показания.
Ответ: во всех опытах сопротивление равно 5 Ом. Одинаковое отношение U/I показывает, что результаты согласуются. В реальном измерении возможны небольшие различия из-за погрешностей, поэтому оценивают, насколько близки полученные значения.
Амперметр иногда включают параллельно проводнику, потому что путают его подключение с подключением вольтметра. Из-за малого сопротивления прибора такое соединение может вызвать чрезмерный ток. Перед замыканием ключа проследи путь основного тока: он должен проходить через амперметр и проводник один за другим.
Вольтметр могут поставить последовательно, принимая его за прибор, через который должен пройти весь ток. Но большое сопротивление вольтметра нарушает работу цепи, а напряжение на проводнике так не измерить. Проверь, что выводы вольтметра соединены именно с двумя концами исследуемого участка.
Ещё одна ошибка — подставлять значения с перепутанными или неподходящими единицами. Например, запись тока в миллиамперах без перевода в амперы даст неверный расчёт. Перед вычислением выпиши U в вольтах и I в амперах, затем проверь, что делишь напряжение на ток.
Неверная полярность или неподходящий предел измерения могут привести к отклонению стрелки не в ту сторону или повредить прибор. Эту ошибку допускают, если торопятся замкнуть цепь, не проверив подключения. До начала опыта убедись, что полюса совпадают, а выбранный предел подходит для ожидаемых значений.
Для выполнения работы нужно знать определения силы тока, напряжения и сопротивления, их единицы и правила подключения измерительных приборов. Эти знания связывают устройство электрической цепи с измерениями: приборы дают значения, а формула позволяет вычислить искомую величину. Если забыть единицы или способ включения, правильно применить формулу не получится.
Измерение сопротивления по напряжению и силе тока — практическое применение закона Ома. Тем же способом можно исследовать другие участки электрических цепей и проверять, как связаны ток и напряжение. Так теоретическая зависимость превращается в измеряемый результат.
Почему амперметр нужно включать последовательно?
Амперметр измеряет ток, проходящий через участок цепи, поэтому через него должен идти тот же ток, что и через проводник. Для этого прибор включают последовательно. При параллельном подключении из-за малого сопротивления амперметра может возникнуть чрезмерный ток.
Почему вольтметр подключают параллельно проводнику?
Вольтметр измеряет напряжение между двумя концами проводника. Поэтому его присоединяют к тем же концам, то есть параллельно проводнику. Большое сопротивление вольтметра позволяет ему почти не менять ток в основной цепи.
Как по показаниям приборов вычислить сопротивление?
Нужно разделить показание вольтметра U на показание амперметра I: R = U/I. Если напряжение выражено в вольтах, а ток — в амперах, сопротивление получится в омах.
Что делать, если стрелка прибора отклоняется в обратную сторону?
Сразу разомкните ключ и проверьте, не перепутаны ли полюса прибора при подключении. Затем исправьте полярность: положительный вывод прибора соедините с положительным полюсом источника. Не пытайтесь продолжать измерение с обратным подключением.
Зачем измерять напряжение и силу тока несколько раз?
Повторные измерения позволяют проверить, согласуются ли полученные значения сопротивления. Если результаты немного отличаются, это может быть связано с погрешностью приборов и отсчёта. Сильно различающиеся значения — повод проверить соединения и ход опыта.
Лабораторная работа № 8 Измерение сопротивления проводника при помощи вольтметра и амперметра
