Thí nghiệm kĩ thuật điện trên môđun UEE1

Trờng đại học Vinh Khoa Vật lý Hà THị mỹ linh Xây dựng thí nghiệm điện bảng mạch modul ueei Khoá luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành :Điện tử viễn thông Vinh-2004 Mục lục Nội dung Trang Mở đầu .1 Chơng I: Đại cơng dòng điện 1.1 Dòng điện đại lợng đặc trng dòng điện. 1.2 Định luật Ôm đoạn mạch trở 1.3 Định luật Ôm đoạn mạch có nguồn 10 1.4.Định luật Ôm toàn mạch Suất điện động 10 1.5.Công công suất dòng điện Định luật Jun- len xơ 12 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp 1.6 Các định luật Kiếc sôp 13 1.7 Định luật Ôm dòng xoay chiều .15 Chơng II: Dụng cụ đo lờng- Đồng hồ đo điện vạn 19 2.1 Khái niệm chung đo lờng dụng cụ đo 19 2.2 Nguyên lý mạch đo dòng điện điện áp chiều 19 2.3 Nguyên lý mạch đo dòng điện điện áp xoay chiều 22 2.4 Nguyên lý mạch đo điện trở 22 Chơng III: Khái quát chung bảng mạch UEE I 26 3.1 Mục đích nội dung bảng mạch UEE I .26 3.2 Những mạch điện đợc tạo từ modul UEEI 26 Chơng IV: Xây dựng thí nghiệm điện sở modul UEE I 36 4.1 Mạch điện nối tiếp, song song nguyên lý xếp chồng 36 4.2 Nguồn điện mạch chiều truyền lợng .39 4.3 Nghiệm lại định luật Ôm định luật Kiêc sôp .43 Kết luận 51 Lời cảm ơn 52 Tài liệu tham khảo .53 Mở đầu Vật lí học khoa học thực nghiệm, trờng phổ thông trờng dạy học có liên quan tới vật lí học phòng thí nghiệm chuyên ngành vật lí (nh cơ, nhiệt, điện, quang, kĩ thuật nhiệt, kĩ thuật điện ) thiếu đợc Nhng nớc ta tình trạng dạy chay, học chay môn học nói chung môn vật lí nói riêng diễn phổ biến trờng dạy học Các trờng có dụng cụ thí nghiệm cha đầy đủ thí nghiệm cấu thành thí nghiệm ngành học vật lí học Kĩ thuật điện ngành kĩ thuật ứng dụng tợng điện từ để biến đổi lợng, đo lờng, điều khiển,xử lí tín liệu bao gồm việc tạo biến đổi Sinh viên thực : hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ hoạt động thực tế ngời Kĩ thuật điện đợc vận dụng vào dạy học thí nghiệm kiểm nghiệm lại lí thuyết, định luật học dòng điện.Với mục đích chủ yếu giúp học sinh ,sinh viên ,củng cố khắc sâu lí thuyết, làm quen với mạch điện, biết cách sử dụng số dụng cụ đo thông thờng, biết vận hành số máy móc phổ biến đời sống biết cách lắp số mạch điện Hiện nay, phòng thí nghiệm điện khoa vật lí trờng đại học Vinh có nhiều thí nghiệm nh modul UEEI, modul UEEII, modul UEE III Đây thí nghiệm đại dùng kiểm tra đợc nhiều kiến thức lí thuyết Mỗi thí nghiệm có chức khác sử dụng với dòng điện khác Bên cạnh, thí nghiệm việc xây dựng thí nghiệm cần thiết.Vì vây, đề tài xây dựng thí nghiệm để sử dụng với thí nghiệm modul UEE I Vì lí với niềm say mê nghiên cứu môn kĩ thuật điện nên chọn đề tài Xây dựng thí nghiệm điện bảng mạch modul UEE I để trình bày luận văn Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu sở lí thuyết dòng điện không đổi, dụng cụ đo lờng nội dung định luật dòng điện Nghiên cứu kiến thức lí thuyết sau xây dựng thành thí nghiệm để phù hợp với chơng trình Với hy vọng đề tài hoàn thành góp phần cho phòng thí nghiệm kĩ thuật điện đầy đủ thêm thí nghiệm tạo điều kiện tốt cho việc học tập rèn luỵên cho bạn học sinh, sinh viên khoá học sau Với cấu trúc gồm chơng: Chơng I : Đại cơng dòng điện Chơng II: Dụng cụ đo lờng- Đồng hồ đo điện vạn Chơng III: Khái quát chung bảng mạch UEE I Chơng IV : Xây dựng thí nghiệm sở modul UEE I Sinh viên thực : hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp ` Chơng I : Đại cơng Về Dòng Điện Đ 1.1: Dòng điện đại lợng đặc trng dòng điện 1.1.1 : Khái niệm dòng điện dòng điện không đổi Ta gọi dòng hạt mang điện chuyển động dòng điện Dòng điện đợc tạo thành nhiều nguyên nhân khác ta xét dòng điện đợc tạo thành tác dụng điện trờng lên hạt mang điện Ta gọi dòng điện dòng điện dẫn hay gọi tắt dòng điện Bản chất dòng điện môi trờng dẫn điện khác khác Trong kim lọai có electron tự di chuyển đợc khoảng có kích lớn nhiều so với kích thớc phân tử.Vì chất dòng điện môi trờng dòng electron tự Đặt môi trờng dẫn điện vào điện trờng hạt mang điện trái dấu chuyển động theo chiều ngợc Tuy nhiên di chuyển điện tích âm theo chiều tơng đơng với di chuyển điện tích dơng trị số theo chiều ngợc lại Vì ngời ta qui ớc lấy chiều chuyển động hạt mang điện dơng tạo thành dòng điện làm chiều dòng điện đó.Thành chiều dòng điện vật dẫn kim loại ngợc với chiều chuyển động electron tự tạo thành dòng điện Vì vậy, dòng điện dòng chuyển động tích dơng điện trờng Sinh viên thực : hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Trong đề tài nghiên cứu định luật dòng điện có cờng độ không thay đổi theo thời gian gọi tắt dòng điện không đổi 1.1.2: Cờng độ dòng điện Để đặc trng định lợng dòng điện ngời ta dùng hai đại lợng bản: cờng độ dòng điện mật độ dòng điện Khi nghiên cứu cờng độ dòng điện ta xét diện tích nhỏ dS nằm môi trờng có dòng điện chạy qua Ngời ta định nghĩa: Cờng độ dòng điện I chạy qua diện tích dS đại lợng vô hớng đợc xác định điện lợng dq chuyển qua dS đơn vị thời gian s i= dq dt I (1.1) ( Hình 1.1) Khi biết đợc cờng độ dòng điện i ta tính đợc điện lợng q chuyển qua diện tích t t 0 q = dq = idt dS khoảng thời gian t (1.2 ) Trong hệ đơn vị SI đơn vị cờng độ dòng điện ampe kí hiệu : A; đơn vị điện lợng culông kí hiệu : C Khi C = 1A 1s =1 A.s Chú ý môi trờng có hai loại hạt điện chuyển động giả sử thời gian dt, qua diện tích S vật dẫn dòng hạt điện dơng chuyển qua điện lợng dq , dòng hạt điện âm chuyển qua điện lợng có độ lớn dq theo chiều ngợc lại, cờng độ dòng điện qua dS bằng: i= Sinh viên thực : dq1 dq2 + dt dt ( 1.3 ) hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Nói cách khác, dòng hạt điện âm chuyển động theo chiều tơng đơng với dòng hạt điện dơng có độ lớn điện tích nhng theo chiều ngợc lại Nếu phơng, chiều cờng độ dòng điện không đổi theo thời gian dòng điện đợc gọi dòng điện không đổi Đối với dòng điện không đổi ta có : t q = I dt = It I= q t ( 1.4 ) Đ1.1.3 Vectơ mật độ dòng điện Theo định nghĩa nêu trên,cờng đô dòng điện đặc trng cho độ mạnh dòng điện qua đơn vị diện tích cho trớc, nhng không đặc trng cho độ mạnh dòng điện điểm môi trờng có dòng điện chạy qua Hơn cờng độ dòng điện cha cho ta biết đợc phơng chiều dòng điện Vì cờng độ dòng điện để đặc trng cho dòng điện ngời ta đa đại lơng vectơ mật độ dòng điện M Hình(1.2) J Xét đơn vị diện tích nhỏ dSdS nđặt điểm M vuông góc với phơng chuyển n động hạt điện dơng qua điểm đó, có trị số cờng độ dòng điện qua J= dI dS n ( 1.5 ) đơn vị diện tích đặt vuông góc với hớng Trong hệ SI đơn vị mật độ dòng điện ampe mét vuông: kí hiệu A/m.2 Khi biết mật dòng điện J ta suy cờng độ dòng điện qua diện tích dS vuông góc n với phơng dòng điện I = dI = JdS n Sn Sinh viên thực : (1.6 ) Sn hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Nếu J có giá trị nh diện tích S n Để tính đợc cờng độ dòng điện I qua diện tích S bất kì, ta chia S thành phần tử diện tích nhỏ ds gọi dS hình chiếu ds mặt phẳng vuông n I = J dS n = JS n (1.7 ) Sn góc với hớng chuyển động dòng hạt (hớng J) Ta có : dS = dS cos Với góc véc tơ pháp tuyến n diện n tích dS với mật độ dòng điện Rõ ràng cờng độ dòng điện qua dS J cờng độ dòng điện qua dS n dI = J.dS = J.dScos = J dS n ( 1.8) n Với J =J cos hình chiếu vectơ J pháp tuyến n diện tích dS Gọi dS n véc tơ có hớng với pháp tuyến có trị số diện n tích dS, theo định nghĩa tích vô hớng ta viết : dI = J dS ( 1.9) Và cờng độ dòng điện I qua diện tích S đợc tính theo công thức I = JdS ( 1.10 ) S Ta tìm mối liên hệ mật độ dòng điện J mật độ hạt mang điện n , điện tích q hạt vận tốc trung bình v chúng đơn vị thời gian ,số hạt mang điện qua diện tích dS nói số hạt nằm hình trụ có đáy n dS độ cao v n dSn + J Hình 1.3 + dn = n (vdS ) n ( 1.11 ) v ta có Gọi dI cờng độ dòng điện qua dS n dI = q dn = n0 q v.dSn Từ suy J= dI = n0 q v dSn Sinh viên thực : hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý Dới dạng véc tơ ta có khoá luận tốt nghiệp J = n0 q0v (1.12 ) Dễ dàng thấy biểu thức véc tơ đợc nghiệm hai trờng hợp : Hạt mang điện tích dơng (q > ) hạt mang điện tích âm ( q < 0) Nếu 0 môi trờng có hai loại hạt mang điện q > q < mật độ dòng điện : (1.13) J = n1 q1 v1 + n q v Với n ,n , q1 q2 , ,v ,v tơng ứng mật độ hạt điện, độ lớn điện tích 2 vận tốc (có hớng) trung bình chúng Đ1.2 Định luật Ôm mạch trở 1.2.1 Dạng tích phân định luật Ôm Điện trở Định luật Ôm định luật dòng điện đợc tìm sớm Định luật đợc thiết lập từ thực nghiệm: Cờng độ dòng điện qua vật dân kim loại đồng chất tỷ lệ với hiệu điện đặt vào vật dẫn I= U (1.14) R Công thức (1.14) dạng tích phân định luật Ôm.Đại lợng R công thức gọi điện trở vật dẫn Trong hệ đơn vị SI , đơn vị điện trở gọi Ôm ký hiệu Ôm điện trở vật dẫn đặt hiệu điện 1V hai đầu vật dòng điện chạy vật dẫn có cờng độ 1A Từ công thức(1.14 ) ta có : = 1V/1A Điện trở vật dẫn phụ thuộc vào hình dạng, kích thớc, trạng thái chất liệu làm vật dẫn Thực nghiệm cho biết vật dẫn có dạng hình trụ , chiều dài l, diện tích thiết diện thẳng S điện trở vật dẫn đợc xác định theo công thức: R= l S Sinh viên thực : ( 1.15 ) hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Trong hệ số phụ thuộc chất liệu làm vật dẫn , đợc gọi điện trở suất chất liệu đó.Từ 1.15 ta thấy l =1m S = 1m có trị số R.Trong hệ đơn vị SI đợc đo đơn vị gọi ôm mét, ký hiệu m.Tuy nhiên, thực tế chiều dài dây dẫn đo mét (m) , diện tích thiết diện mm , thuận tiện dùng đơn vị điện trở suất : Ôm milimét vuông mét ký hiệu mm2/m * Ghép điện trở Hai điện trở R ,R ghép với cho dòng điện qua R qua R đợc gọi ghép nối tiếp 2 Khi R = R + R gọi điện trở tổng cộng hai điện trở ghép nối tiếp Tổng quát mạch có n điện trở mắc nối tiếp R=R +R ++R ( 1.16 ) n Hai điện trở R ,R đợc mắc song songđể cho cực thành phần đợc qua điện áp nguồn điện giống Khi : R gọi điện trở tơng đ- 1 = + R R1 R ơng R R Nói chung số điện trở n ghép song song điện trở tơng đơng R điện trở mạch nhánh đợc tính theo công thức 1 1 = + + + R R1 R2 Rn (1.17 ) 1.2.2 Dạng vi phân định luật Ôm Trong môi trờng có dòng điện lân cận điểm khảo sát ta vẽ tởng tợng hình trụ có dl dS j Hình 14 đờng sinh song songvới vecto mậtđộ dòng điện j Giả sử hình trụ có kích thứơc nhỏ Sinh viên thực : hà thị mỹ linh Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Gọi diện tích hình trụ dS chiều dài dl theo công thức (1.15) điện trở hình trụ dl ds Dòng điện chạy hình trụ có cờng độ dI=J.dS Coi hiệu điện đặt vào hai đáy hình trụ dU, ta đợc: dU dU = dR dl du dS J= dl dI = Suy dU dl (1.18 ) dS JdS = Đặt = suất dẫn điện môi trờng Mặt khác mặt số trị ta có du = E Do dl J=E ( 1.19 ) Ta biết chuyển động điện tích tạo thành dòng điện qui chuyển động điện tích dơng Do điểm chiều véc tơ J E trùng ta viết J = E Đó dạng vi phân định luật Ôm ( 1.20 ) Dạng tích phân định luật Ôm cho biết liên hệ cờng độ dòng điện đoạn mạch hiệu điện đặt vào đoạn mạch Dạng vi phân định luật Ôm cho biết mối liên hệ véc tơ mật độ dòng điện véc tơ cờng độ dòng điện trờng điểm môi trờng Đ1.3 định luật ôm đọan mạch có nguồn Xét đoạn mạch AB có nguồn điện với suất điện động điện trở r A - + , r B I Giả sử dòng điện chạy từ A đến B, cờng độ I Công suất điện tiêu thụ mạch AB đựơc đo : P = U I AB Trong mạch AB ta thấy công suất điện tiêu thụ r dới dạng toả nhiệt nh= I ng đồng thời nguồn điện lại sản công suất P nguồn Vậy theo định luật bảo toàn lợng ta có Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 10 Trờng đại học vinh Khoa vật lý Rtđ = khoá luận tốt nghiệp V I (4.2) -Đo điện trở R15, R17, R18, tính tổng điện trở Ri = R15 + R17 + R18 -So sánh với giá trị Rtđ tính đợc -Nối giắt J37 (điện trở R18 bị nối tắt) ,lắp thí nghiệm nh -Nối giắt J37 J36,lắp lại thí nghiệm nh -Cho nhận xét giá trị dòng điện điện áp thay đổi nh điện trở bị bớt Đo điện trở mạch song song - Đo giá trị điện trở,R12, R13, R14 - Nối giắt J25, J27, J28, J29, J30 để có đợc mạch điện nh hình vẻ I 12V A 10 11 v 12 J27 A R12 J25 B J29 J28 R13 J30 R14 Hình (4.2) Đặt đồng hồ vạn (thang đo điện trở) điểm 11-12, tiến hành đo điện trở tơng đơng Rtd mạch song song, nghiệm lại biểu thức 1 1 = + + Rtd R12 R13 R14 Giải thích nguyên nhân sai số Đo dòng điện điện áp mạch -Nối ampe kế 9-10 vôn kế 11-12, tiến hành đo dòng điện I điện áp V qua mạch, qua tính điện trở tơng đơng Rtd mạch So sánh giá trị Rtd đo đợc thực nghiệm -Đo điện áp điện trở, nhận xét xem có điện áp nguồn hay không? Giải thích Kiểm tra thực nghiệm nguyên lý xếp chồng Nối giắt J33, J34, J35, J36, J38, nối vôn kế điểm 15-16 để có mạch điện nh hình vẽ Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 35 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp +12V J34 15 J38 v R15 16 Rv5 J35 R16 R18 J36 Hình (4.3) -Điều chỉnh RV5 để đạt điện áp V=5v -Đo dòng điện tổng I qua J38, dòng IR15 qua J34, tính giá trị IR16 VR18 -Điều chỉnh RV5 đạt giá trị điện áp V=3v, thực phép đo tính nh -Kết đợc ghi vào bảng I IR15 IR16 IR15 IR18 V=5v V=3v Tổng kết V=8v Điều chỉnh RV5 để có điện áp V=8v, đo giá trị I, I R15, IR16 ,VR15, VR18 so sánh với tổng kết qủa lần đo Cho ý kiến nhận xét Dựa vào nguyên lý xếp chồng tính dòng điện điện áp nhánh điện áp Nối giắt J33, J34, J37, J38, đặt ampe kế vào J35 nối vôn kế vào điểm 15-16 để có mạch điện nh sau +12V J38 Rv5 J33 J34 15 v A R15 16 R17 R16 J37 Hình (4.4) -Điều chỉnh RV5 để có điện áp V=3v, đo dòng điện I R16 điện áp VR17 Dựa vào nguyên lý xếp chồng tính kết IR16 IR17 ứng với giá trị điện áp V= 9v - Điều chỉnh Rv5 để có điện áp V=6v đo lại giá trị dòng điện điện áp IR16 VR17 tính kết IR16 VR17 ứng với giá trị điện áp V=9v Đo V=3v Sinh viên thực : IR16 hà thị mỹ linh VR17 36 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Tính V=9v Đo V=6v Tính V=9v So sánh giá trị tính đợc V=9v theo cách Cho ý kiến nhận xét 4.2 : Nguồn điện mạch chiều truyền lợng 4.2.1.Mục đích: Tính lợng điện Biến đổi lơng điện thành nhiệt lợng lợng ánh sáng Tìm điều kiện cho công suất truyền lớn máy phát tải 4.2.2.Cơ sở lý thuyết: +Đơn vị công suất đợc xác định nh thời gian làm việc giây tạo cu lông dới điện áp vôn Cần ý cu lông cho giây ampe P=V.I (4.4) Đơn vi đo công suất oát (ký hiệu w) Trong trờng hợp với địên trở, cộng suất lực bị hao tồn nó, ví dụ : nhiệt ánh sáng, tính theo định luật ôm.Ta có kết V V2 P = V = R R P=R.I2 (4.5) Một nguồn điện coi máy phát điện lý tởng, mà có điển trở máy phát Rs Trong đó: I E: điện áp cung cấp máy phát Rs Rs: điện trở máy phát R RL: điện trở phụ tải + V E VRL: điện áp rơi L Ta co mối liên hệ chúng Hình (4.5) VRL= E - I.Rs L RL VRL = E- Rs E.R L E = R L + Rs R L + Rs (4.6) Điện áp VRL giảm dòng điện tăng E RL tiến đến vô Năng lợng tổn hao điện trở phụ tải RL Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 37 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp PRL = R L I = R E2 ( R L + RS ) (4.7) Khi điện trở phụ tải điện trở (R L=Rs) PRL thể đạt giá trị lớn RL = RS => PRL = RS E2 E2 = ( RS + RS ) 4.RS (4.8) Việc truyền lợng lớn máy phát ngời sử dụng đạt điện trở máy phát điện trở tải 4.2.3 Nội dung thực hành Nối J9 J14, nỗi ampe kế điểm 3-4 vôn kế điểm 56 để có đợc mạch điện nh hình vẽ +12V A J9 J34 v Rv2 R8 Hình (4.6) Điều chỉnh RV2 đo dòng điện qua R8 cho giá trị điện áp đợc biểu thị bảng Tính lợng hao tổn điện trở ( P = V.I ) Điện áp (Volt) 12 Dòng điện đợc đo (mA) Năng lợng điện (W) Năng lợng điện lý thuyết P=V2/R Tháo J15 đo điện trở đèn LX3 đồng hồ vạn Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 38 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp +12V A J10 J15 v Rv2 LX3 Hình (4.7) Nối J10 J15, nối ampe kế 3-4 vôn kế 5-6 Thay đổi điện áp nguồn lợng 0V Đo dòng điện đèn giá trị điện áp đợc cho bảng Tính điện trở công suất ứng điện áp Điện áp (Volt) 10 Điện trở Dòng điện (mA) L +12 V Năng lợng (W) () J17 J18 J19 R10 I L J21 VRL TP1 Rv3 J23 R11 Hình (4.8) Điện áp + 12Vđợc cấp nguồn điện xem nh điện áp hở máy phát, điện trở R10 điện trở nó, RV3 mắc song song với phụ tải R11 Vì điện trở nguồn điện áp thấp R10, điện trở RS nguồn điện đặt cực A B xem trùng với R10 Tháo J21 J22 nối J23 Điều chỉnh chiết áp RV3 để đạt đựơc điện trở tổng 100 qua RV3 // R11 Nối J17, J18, J19, J21, J23 Đo dòng điện IL đựơc cung cấp máy phát điện áp VRL qua phụ tải Các giá trị đo đợc ghi vào bảng sau Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 39 Trờng đại học vinh Khoa vật lý 200 TL(mA) VRL(V) VRS(V) PRL(mw) RRS(mw) khoá luận tốt nghiệp 300 400 500 600 700 800 900 1000 4.3: Nghiệm lại định luật ôm định luật kiếc sốp 4.3.1.Tóm tắt thí nghiệm 4.3.1.1 Mục đích -Sử dụng thành thạo thiết bị đo lờng nh vôn kế, ampe kế, ôm kế, đồng hồ vạn -Nghiệm lại định luật Ôm định luật Kiêc sốp số liệu thực nghiệm mạch điện chiều 3.1.2.Cơ sở lý thuyết điện trở đoạn dây dẫn đợc xác định R = l l độ dài S đoạn dây; S tiết diện; điện trở suất Mối quan hệ điện áp dòng điện tuân theo định luật Ôm I= U ; U=I.R R R= U I (4.9) -Với mạch điện gồm điện trở mắc nối tiếp điện áp rơi điện trở Ui = Ri.I Rtđ=Ri nên U = I.Rtđ = I.Ri = I.Ri =Ui Vậy với mạch nối tiếp, định luật Kiêc sốp đợc diễn đạt Tổng điện áp rơi điện trở điện áp đợc cho từ nguồn: U= Ui với mạch điện kín, tổng điện áp rơi điện trở không: Ui = -Với mạch điện gồm điện trở mắc song song, dòng điện qua điện trở phụ thuộc vào giá trị điện trở Ii = Vì : Ui = U i Yi R (4.11) ( Yi = điện dẫn nhánh) Ri 1 = => Y = Yi Rtd Ri Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 40 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Dòng điện tổng I = U.Y=Ui Yi => I=Ii (4.12) Vậy với mạch song song, định luật Kiêc sốp đợc trình bày: Tổng dòng điện vào nút tổng dòng điện rời khỏi nút: IV = Ira tổng dòng điện nút không I = Với qui ớc: dòng vào nút mang dấu dơng, dòng khỏi nút mang dấu âm 4.3.1.3.Phần thực hành I.Dụng cụ thí nghiệm Khối nguồn MSU; thí nghiệm UEE1; giắt cắm; đồng hồ vạn II.Tiến hành thí nghiệm 1.Mắc mạch điện nh hình vẽ tháo tất đầu nối, tắt tất công tắc bảng FIP tiến hành nối giắt J9 J12 vôn kế đợc cài 5-6, ampe kế 3-4 để thực mạch nh hình vẽ +12V A J9 v RV2 J12 R6 Hình (4.9) 2.Sau kiểm tra sơ đồ tiến hành bớc thí nghiệm sau Đo điện áp dòng điện qua điện trở R6 ứng với giá trị điện áp theo bảng cho tính điện trở R6 theo định luật Ôm - Điều chỉnh RV2 để có giá trị khác điện áp V (v) 10 I(A) R() Tính điện trở R6 theo định luật Ôm : R = U I Tháo nguồn,tháo giắt J12, dùng ôm kế đo điện trở R 6(5 lần) so sánh giá trị đo đợc với giá trị tính toán TT R() Tính sai số tơng đối trung bình giá trị đo giá trị tính toán Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 41 Trờng đại học vinh Khoa vật lý R = khoá luận tốt nghiệp Rt (%) Rdo 3.Mắc mạch nh hình vẽ 12v I A 10 v A I1 11 IR12 J27 R12 12 B J25 J29 R13 J30 R14 Hình (4.10) Tháo tất giắt cắm, nối J25, J27, J28, J29, J30 để có mạch điện nh Kiểm tra sơ đồ tiến hành bớc sau Dòng điện I điệp áp V đợc cho từ nguồn *Nối ampe kế vào đầu nối J25; J27, J27 để đo dòng điện IR12 IR12 I1 I Nghiệm lại định luật Kiếcsốp nút A: I = I 1+ IR12 số liệu thực nghiệm *Dịch chuyển ampe đầu nối J28; J29 nối giắt J25 J27 đo dòng điện IR13; IR14 IR13 IR14 I1 Nghiệm lại định luật Kiếcsốp nút B I1= IR13 + IR14 (4.13) Đo giá trị điện áp điện trở tính dòng điện I, I1, IR12, IR13, IR14 nghiệm lại định luật Kiếc sốp I nút A B theo giá trị tính toán 5.Mắc mạch điện nh hình vẽ Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 42 Trờng đại học vinh Khoa vật lý +12V khoá luận tốt nghiệp 13 14 J32 J34 15 v R15 R17 16 R18 Hình (4.11) Nối giắt J32, J34 ampe kế 13-14, vôn kế 15-16 ta đợc mạch nh *Tiến hành thí nghiệm Đo dòng điện I điện áp V đợc tạo nguồn điện Đo điện áp điện trở R15; R17; R18 VR15; VR17 ; VR18 Tháo giắt J34 để đo điện trở R15; R17; R18 Tính trị số điện áp Vi = Ri.I Các số liệu đo tính đợc ghi vào bảng sau Giá trị đo Giá trị tính VR15 VR17 VR18 Vi V I Nghiệm lại định luật Kiêc sốp II :V =VR15 + VR17 + VR18 (4.14) Kết hay không giải thích sao? 4.2.Đo đạc xử lý số liệu thực nghiệm -Để nghiệm lại định luật ôm dòng chiều, ta sử dụng mạch điện nh hình (4.9) Ta sử dụng ampe kế mắc vào 3-4 để cờng độ dòng điện vôn kế mắc vào 5-6 để đo điện áp mạch -Để nghiệm lại định luật kiếc sốp I ta sử dụng hình (4-2) Ta sử dụng ampe kế mắc vào 9-10 để đo cờng độ dòng điện, vôn kế mắc vào 11-12 để đo điện áp mạch 4.21.Mạch điện nh hình 4.9 Dùng vôn kế ampe kế đo đạc sử dụng công thức (4.1) ta thu đựơc kết bảng V(V) 10 Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 43 Trờng đại học vinh Khoa vật lý I(mA) R() khoá luận tốt nghiệp 0,0 0,2 10 0,4 10 0,6 10 0,8 10 10 -Tháo J12 dùng đồng hồ vạn thang ôm kế đo điện trở R6 ta có TT 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 R() Sai số tơng đối trung bình giá trị đo giá trị tính toán *Giá trị trung bình R6 theo tính toán Rtinh =10k = 10.000 Giá trị trung bình R6 theo giá trị đo Rdo =10.000 Sai số: Rt = R = Rt Rdo (%) ; R= = 0% (4.15) 10.000 Từ công thức ta thấy sai lệch điện trở qua cách đo Qua thực nghiệm ta thấy giá trị điện trở R cố định ta tăng điện áp qua cờng độ dòng điện tăng Hai giá trị tỷ lệ thuận với Từ cho ta kết luận định luật Ôm đợc nghiệm 4.2.2.Mạch điện hình (4.10) Dung ampe kế vôn kế để đo dòng điện áp nguồn I V sau dùng ampe kế mắc vào J27 J25 để đo dòng I1 IR12 Lần IR12(mA) I1(mA) Itính(mA) Iđo(mA) 12 10,98 22,98 23 11,97 11 22,97 22,98 11,99 10,99 22,98 23 Nghiệm lại định luật kiếc sốp I A ITính=IR12+I1 Ta có It = 22,98 + 22,97 + 22,98 = 22,976(mA) (4.16) Sai số tuyệt đối trung bình I= 22,98 - 22,976 = 0,004 (mA) Sai số tơng đối I = I 0,004 %= % = 0,017% 22,976 I (4.17) Giá trị trung bình dòng điện qua lần đo I= 23 + 22,98 + 23 = 22,99( mA) Sai số tuyệt đối giá trị tính theo định luật Kiếc sốp giá trị đo I = 22,99 - 22,976 = 0,014(mA) Sinh viên thực : hà thị mỹ linh (4.18) 44 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Và sai số tơng đối giá trị tính theo định luật Kiếc sốp giá trị đo I = I 0,014 = = 0,06% I 22,99 (4.19) -Dùng ampe kế mắc vào J29; J28 để đo đờng đọ dòng điện qua R14 R13 lần lợt IR14; IR13 Ta có bảng kết Lần IR13 (mA) 7,98 IR14(mA) 3 2,97 I1 tính (mA) 11 10,98 10,97 I1đo (mA) 10.98 11 10.99 Nghiệm lại định luật Kiếc sốp I B; I1 tính= IR13 + IR14 Ta có: I 1t = 11 + 10,98 + 10,97 = 10,98(mA) Sai số tuyệt đối trung bình lần đo : I = 11 10,98 = 0,02(mA) Sai số tơng đối : I1 = (4.20) I 0,02 = = 0,18% I1 10,98 (4.21) Giá tri trung bình dòng địên qua lần đo I 1d = 10,98 + 11 + 1099 = 10,99(mA) Sai số tuyệt đối giá trị đo giá trị tính theo định luật Kiếc sốp I I = 10,99 10,98 = 0,01(mA) (4.22) Sai số tơng đối giá trị đo giá trị tính theo định luật Kiếc sốpI I = I 0,01 = = 0,09% Id 10,99 (4.23) Điện áp nguồn có giá trị V= 12 (v) Giá trị điện trở : R12 =1k ; R13 = 1,5K ; R14 = 3,9 K Tổng trở mạch 1 1 1 = + + = + + Rtd = 0.52( K) Rtd R12 R13 R14 1,5 3,9 Dòng điện nguồn đợc tính I= V 12 = = 23,07(mA) Rtd 0,52 Tổng trở mạch có R13 R14 Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 45 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp 1 = + Rtd R13 R14 Cờng độ dòng điện I = ; Rtd = 1,087(k) V 12 = = 11,04(mA) Rtd 1,087.10 Cờng độ dòng điện qua R12 I R 12 = V 12 = = 12(mA) R12 Cờng độ dòng điện qua R13: I R13 = V 12 = = 8( mA) R13 1,5 Cờng độ dòng điện qua R14: I R14 = v 12 = = 3,077( mA) R14 3,0 Nghiệm lại định luật Kiếc sốp I A theo gía trị tính toán IA = I1+ IR12 = 11,04 + 12 = 23,04 (mA) Nghiệm lại định luật Kiếc sốp I B theo giá trị tính toán I1= IR13+ IR14 = + 3,077 = 11,077 4.2.3 Mạch điện hình (4.11) Dùng ampekế vôn kế để đo dòng điện điện áp nguồn Ta có : I 1314 = 2,55mA ; V1516 = 12v VR15(v) VR17(v) 2,6 3,8 2,55 3,825 VR18(v) 5,6 5,61 Giá trị đo Giá trị tính Vi (v ) 12 11,985 V(v) 12 11,985 I(mA) 2,55 2,55 Ta có : Vi= Ri.I Giá trị điện trở R15=1 K ; R17 = 1,5k ; R18 = 2,2 K Tính VR 15 = R15 I = 10 3.2,55.10 = 2,55(V ) V R 17 = R17 I = 1,5.10 3.2,55.10 = 3,825(V ) V R18 = R18 I = 2,2.10 3.2,55.10 = 5,61(V ) Nghiệm lại định luật kiếc sốp II V= VR15 + VR17 +VR18 = 11,985 (V) Sai số tuyệt đối giá trị đo giá trị tính V = 12 11,985 = 0,015(V ) (4.24) Sai số tơng đối giá trị đo giá trị tính V = V 0,015 %= % = 0,125% (4.25) V 11,985 Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 46 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp 4.3 Nguyên nhân sai số cách khắc phục -Nhân xét : +Kết thu đợc từ việc đo đạc sử lý số liệu mục 4.2, so sánh kết đo trực tiếp kết xử lý từ kết qủa trung gian dòng điện toàn mạch I.Ta thấy sai số hai kết nhỏ Từ kết biểu thức (4.15) ta thấy độ xác phép đo tuyệt đối Từ cho kết luận modul UEEI dùng để nghiệm lại định luật Ôm tốt Từ biểu thức (4.17) đến (4.25) ta thu đợc sai số nhỏ dới 0,2% với kết nói độ xác phép đo cao Điều có nghĩa kết nghiệm lại định luật Kiếc sốp phù hợp với lý thuyết Tuy nhiên làm thí nghiệm với modul UEEI để nghiệm lại định luật Kiếc sốp sai số nguyên nhân sau: +Đọc kết cha thật chuẩn xác ta lấy giá tri nhỏ dùng đồng hồ vạn thị kim +Sai số dụng cụ đo +Quá trình sử lý số liệu kết đo qua nhiều phép tính sử dụng nhiều chỗ lấy kết gần qua bớc trung gian +Để khắc phục nhợc điểm trên, làm thí nghiệm ta cần chuẩn xác hoá đồng hồ vạn năng, tính toán, xử lý số liệu ta phải lấy kết xác, phải rèn luyện để thao tác thí nghiệm thục xác Kết luận: Sau hoàn thành đề tài thấy thí nghiệm modul UEEI dùng để nghiệm lại định luật, kiểm tra kiến thức phù hợp với lý thuyết Kết cho thấy làm thí nghiệm có độ xác cao dùng để kiểm tra đợc nhiều kiến thức lý thuyết Từ cho thấy thí nghiệm thiếu đợc phòng thí nghiệm trờng đại học hay trờng phổ thông Lời cảm ơn Nh vậy, thời gian không dài, nổ lực thân giúp đỡ tận tình thầy giáo Dơng Kháng, động viên khích lệ gia đình bạn bè.Tôi hoàn thành đề tài Xây dựng thí nghiệm điện bảng mạch modul UEE I Tôi xin cảm ơn tới ban chủ nhiệm khoa Vật lý, thầy giáo giúp đỡ hoàn thành luận văn mình.Tôi tỏ lòng biết ơn sâu sắc GVC Dơng Kháng chọn đề tài hớng dẫn suốt trình làm luận văn Tôi xin cảm ơn tới gia đình bạn bè giúp mặt để hoàn thành luận văn Tuy nhiên, giai đoạn đầu ngời nghiên cứu khoa học, nên không tránh khỏi thiếu sót.Rất mong đợc đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn học sinh, sinh viên để đề tài đợc hoàn thiện Vinh, tháng năm 2004 Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 47 Trờng đại học vinh Khoa vật lý khoá luận tốt nghiệp Tác giả Hà Thị Mỹ Linh Tài liệu tham khảo 1: Điện học: Vũ Thanh Khiết Nguyễn Phúc Thuần, NXBGD- 1992 2: Vật lý đại cơng Tập 2: Lơng Duyên Bình (chủ biên) ,NXBGD-1997 3: Vật lý đại cơng: Nguyễn Ngọc Long, NXB ĐHQG 1999 4: Kỹ thuật truyền thanh: Nhà xuất trung học chuyên nghiệp-1976 5: Module UEE I - Điện sở: Công ty sách thiết bị trờng học Sinh viên thực : hà thị mỹ linh 48 Trờng đại học vinh Khoa vật lý Sinh viên thực : khoá luận tốt nghiệp hà thị mỹ linh 49 [...]... + Rtd R12 R13 R14 Giải thích nguyên nhân sai số 4 Đo dòng điện và điện áp trong mạch -Nối ampe kế giữa 9-10 và vôn kế giữa 11-12, tiến hành đo dòng điện I và điện áp V qua mạch, qua đó tính điện trở tơng đơng Rtd của mạch So sánh giá trị Rtd đo đợc ở trên bằng thực nghiệm -Đo điện áp trên các điện trở, nhận xét xem có bằng điện áp nguồn hay không? Giải thích 5 Kiểm tra thực nghiệm của nguyên lý xếp... trị của dòng điện và điện áp Sau đó ta tính năng lợng mà máy phát cung cấp và năng lợng trên phụ tải từ đó ta rút ra sự quan hệ giữa dòng điện bởi nguồn điện trở phụ tải, điện áp qua điện trở phụ tải với điện trở của phụ tải Khi làm thí nghiệm với mạch này cho ta kết quả là hao tổn năng lợng của máy phát là nhỏ nhất khi điện trở phụ tải bằng điện trở trong của máy phát Từ những mạch điện đợc tạo ra... điện I qua ampe kế, đo điện áp V qua vôn kế, tính ra điện trở toàn mạch Sinh viên thực hiện : hà thị mỹ linh 34 Trờng đại học vinh Khoa vật lý Rtđ = khoá luận tốt nghiệp V I (4.2) -Đo điện trở R15, R17, R18, tính tổng các điện trở Ri = R15 + R17 + R18 -So sánh với giá trị Rtđ tính đợc ở trên -Nối giắt J37 (điện trở R18 bị nối tắt) ,lắp thí nghiệm nh trên -Nối giắt J37 và J36,lắp lại thí nghiệm nh trên. .. điện thế sớm pha so với dòng l điện c VL- VC X ... biến trờng dạy học Các trờng có dụng cụ thí nghiệm cha đầy đủ thí nghiệm cấu thành thí nghiệm ngành học vật lí học Kĩ thuật điện ngành kĩ thuật ứng dụng tợng điện từ để biến đổi lợng, đo lờng, điều... dựng thí nghiệm cần thiết.Vì vây, đề tài xây dựng thí nghiệm để sử dụng với thí nghiệm modul UEE I Vì lí với niềm say mê nghiên cứu môn kĩ thuật điện nên chọn đề tài Xây dựng thí nghiệm điện. .. nhiều thí nghiệm nh modul UEEI, modul UEEII, modul UEE III Đây thí nghiệm đại dùng kiểm tra đợc nhiều kiến thức lí thuyết Mỗi thí nghiệm có chức khác sử dụng với dòng điện khác Bên cạnh, thí nghiệm