Báo cáo và thuyết trình thí nghiệm vật lý - Thí nghiệm vật lí | Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoARcPSD|46342985 lOMoARcPSD|46342985 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
LÀM QUEN SỬ DỤNG DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN KHẢO
SÁT CÁC MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU
Xác nhận của GV hướng dẫn Lớp: L05 Nhóm: 1A
Họ tên: Trần Anh Khoa
Nguyễn Hồng Quân
Nguyễn Trương Phước Thọ Ngô Huy Dịch Dương Hoàng Duy
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM.
1. Làm quen và sử dụng đồng hồ đa năng hiện số (Digital Multimeter) để đo hiệu điện thế và
cường độ dòng điện trong các mạch điện một chiều và xoay chiều, hoặc đo điện trở của các vật dẫn.
2. Khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở kim loại bằng cách vẽ đường đặc trưng
volt - ampe của bóng đèn dây tóc. Từ đó xác định nhiệt độ của dây tóc bóng đèn.
3. Khảo sát các mạch điện RC và RL có dòng xoay chiều để kiểm chứng phương pháp giản đồ
vecto Fresnel, đồng thời dựa vào định luật Ohm đối với dòng xoay chiều để xác định tổng
trở, cảm kháng và dung kháng của các mạch điện. Từ đó xác định điện dung của tụ điện và
hệ số tự cảm của cuộn dây dẫn.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Theo định luật Ohm đối với mạch điện một chiều, cường độ dòng điện I chạy qua đoạn mạch
tỷ lệ với hiệu điện thế U giữa hai đầu đ=oạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở R của đoạn mạch : lOMoARcPSD|46342985
Nếu R không đổi thì I tỷ lệ bậc nhất với U. Đồ thị I =f (U) - gọi là đặc tuyến volt-ampe, có
dạng đường thẳng qua gốc toạ độ với hệ số góc α: = 1 =
Trong đó G là độ dẫn điện của đoạn mạch
III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM (bao gồm cả dụng cụ đo và sai số dụng cụ)
1. Dụng cụ đo và sai số dụng cụ đo
- 2 đồng hồ đa năng hiện số kiểu DT9205; Hình 1
- 1 bóng đèn dây tóc 12V-3W;Hình 2
- 1 mẫu điện trở Rx ;Hình 3
- 1 mẫu tụ điện Cx;Hình 4
- 1 mẫu cuộn cảm Lx;Hình 5
- 1 bảng lắp ráp mạch điện;Hình 6
- 6 dây dẫn nối mạch dài 60cm;Hình 7
- 1 nguồn cung cấp điện 12V-3A/AC-DC. Hình 8 Hình 2 Hình 1 Hình 3 Hình 4 Hình 5 Hình 6 Hình 7 lOMoARcPSD|46342985 Hình 8
2. Trình tự thí nghiệm
Bước 1: Xác định nhiệt độ nóng sáng của dây tóc đèn.
Đo điện trở của dây tóc đèn ở nhiệt độ phòng. Tháo volt kế V ra khỏi mạch điện, vặn
chuyển mạch chọn thang đo của nó về vị trí “200Ω” dùng nó làm Ohm kế để đo điện
trở. Các cực "V/Ω " và "COM" của ohm kế được nối với hai đầu của bóng đèn Đ.
Bấm núm "ON" trên mặt ohm kế, đọc giá trị điện trở dây tóc đèn và ghi vào bảng 1.
Đọc và ghi giá trị nhiệt độ phòng tp trên nhiệt kế 0 1000C vào bảng 1. Bấm núm "OFF"
để tắt điện cho ohm kế.
Ghi vào bảng 1: giá trị giới hạn, độ nhạy, cấp chính xác và số n quy định đối với
thang đo đã chọn trên volt kế V và ampe kế A.
Bước 2: Kiểm tra hoạt động của bộ nguồn điện 12V-3A
-Điện áp một chiều 0 12V được lấy ra từ hai cọc đấu dây +12V phía
phải, cung cấp dòng tối đa 3A .
-Điện áp xoay chiều cố định ~12V lấy ra từ hai lỗ đấu dây phía trái.
Kiểm tra hoạt động của bộ nguồn bằng cách :
- Cắm phích lấy điện của bộ nguồn này vào ổ điện xoay
chiều ~220V trên bàn thí nghiệm.
+ Bấm khoá K trên mặt bộ nguồn: đèn LED phát sang, báo hiệu
sẵn sàng hoạt động.
+ Vặn từ từ núm xoay P theo chiều kim đồng hồ đồng thời quan
sát volt kế V trên mặt bộ nguồn. Nếu kim chỉ thị của nó dịch
chuyển đều đặn trên toàn thang đo ( 0 –12V) là đạt yêu cầu. lOMoARcPSD|46342985
+ Vặn trả lại núm xoay P về vị trí tận cùng bên trái. Bấm khoá
K để tắt bộ nguồn.
Bước 3:Vẽ đặc tuyến volt - ampe của bóng đèn dây tóc.
-Mắc mạch điện: trên bảng lắp ráp theo sơ đồ Hình 2. Bộ nguồn điện 12V-3A/AC-DC
cung cấp điện áp một chiều biến đổi 012V (lấy trên hai cực12V của nó) cho bóng đèn
dây tóc Đ (12V- 3W). Dùng hai đồng hồ đa năng hiện số DT9205 làm volt kế một
chiều V và ampe kế một chiều A.
- Chọn thang đo cho hai đồng hồ: Ω
+ Volt kế V: đặt ở thang đo một chiều DCV20V. Lỗ "V/
" là cực dương (+), lỗ "COM"
là cực âm (-) của volt kế. Sử dụng hai dây đo có hai đầu ặ ỏ ẹ ấ
phích ( ho c có m k p cá s u)
để nối volt kế song song với mạch điện
+ Ampe kế A: đặt ở thang đo một chiều DCA mA. Lỗ “mA" là cực dương (+), lỗ
"COM" là cực âm (-). Sử dụng hai dây đo có hai đầu cốt để mắc Ampe kế nối tiếp
với mạch điện.
- Tiến hành đo: Bấm núm "ON/OFF" trên volt kế V và ampe kế A.
Vặn từ từ núm xoay P của bộ nguồn để điều chỉnh hiệu điện thế U tăng dần từng
volt một, từ 0 đến 10V. Đọc và ghi các giá trị cường độ dòng điện I tương ứng (chỉ
trên ampe kế A) vào bảng 1.
Kết thúc phép đo: Vặn nhẹ núm xoay P về tận cùng bên trái, Bấm khoá K để tắt
bộ nguồn. Bấm các núm "ON/OFF" trên hai đồng hồ để tắt điện cho chúng.
Bước 4: Xác định điện dung của tụ điện trong mạch RC
- Mắc mạch điện: Mắc tụ điện C và điện trở R vào bảng điện như trên sơ đồ hình 3.
Điện áp xoay chiều ~12V được lấy từ hai lỗ ra xoay chiều ~12V trên mặt bộ nguồn
để cung cấp cho mạch điện. Tiếp tục dùng hai đồng hồ đa năng hiện số DT9205 làm
volt kế và ampe kế xoay chiều.
- Chọn thang đo cho hai đồng hồ:
Volt kế V đặt ở thang đo xoay chiều ACV 20V, mắc song song với các đoạn mạch cần
đo. Ampe kế A đặt ở thang đo xoay chiều ACA 200mA, hai dây đo cắm vào 2 lỗ “COM”
và “A”, rồi mắc nối tiếp xen vào mạch điện giữa R và C bằng hai đầu cốt (Hình 3)
Sau khi thiết lập xong, mời giảng viên kiểm tra mạch điện trước khi cấp điện cho mạch.
Tiến hành đo: Bấm núm "ON/OFF" trên mặt volt kế V và ampe kế A, cho chúng
hoạt động. Bấm khoá K của bộ nguồn. Quan sát, đọc và ghi giá trị cường độ dòng
điện chỉ trên Ampe kế A vào bảng 2.
Dùng volt kế V lần lượt đo các giá trị hiệu điện thế hiệu dụng U ở hai đầu đoạn lOMoARcPSD|46342985
mạch, UR giữa hai đầu điện trở thuần R, và UC giữa hai đầu tụ điện C, đọc và ghi vào bảng 2.
-Kết thúc phép đo: Bấm khoá K để tắt bộ nguồn. Bấm các
núm "ON/OFF" trên hai đồng hồ để tắt điện cho chúng.
Ghi vào bảng 2: giá trị giới hạn, độ nhạy, cấp chính xác và số n
quy định đối với thang đo đã chọn trên vôn kế và ampe kế.
Bước 5: Xác định hệ số tự cảm L của cuộn dây dẫn trong mạch RL
-Mắc mạch điện: Mắc cuộn dây dẫn có điện trở thuần r, hệ số tự cảm L nối tiếp với
điện trở R vào bảng lắp ráp mạch điện theo sơ đồ hình 5. Điện áp xoay chiều ~12V được
lấy từ hai lỗ ra xoay chiều ~12V trên mặt bộ nguồn để cung cấp cho mạch điện. Vẫn
dùng hai đồng hồ đa năng hiện số DT9205 làm volt kế và ampe kế xoay chiều .
- Chú ý: Giữ nguyên vị trí thang đo của volt kế xoay chiều V và ampe kế xoay chiều
A như trong thí nghiệm khảo sát mạch điện RC nêu trên.
-Tiến hành đo: Bấm núm "ON/OFF" trên mặt volt kế V và ampe kế A, cho chúng
hoạt động. Bấm khoá K của bộ nguồn. Quan sát, đọc và ghi giá trị cường độ dòng
điện chỉ trên Ampe kế A vào bảng 3.
Dùng volt kế V lần lượt đo các giá trị hiệu điện thế hiệu dụng U ở hai đầu đoạn
mạch, UR giữa hai đầu điện trở thuần R , và UL giữa hai đầu cuộn dây dẫn L, đọc và
ghi vào bảng 2.
- Kết thúc phép đo: Bấm khoá K để tắt bộ nguồn. Bấm các núm "ON/OFF" trên
hai đồng hồ để tắt điện cho chúng.
-Tháo volt kế V ra khỏi mạch điện, vặn chuyển mạch chọn thang đo của nó về vị
trí “200Ω” hoặc “2k“ dùng nó làm ohm kế để đo điện trở thuần r của cuộn dây.
Các cực "V/Ω" và "COM" của ohm kế được nối với hai đầu của cuộn dây L.
Bấm núm "ON" trên mặt ohm kế, đọc giá trị điện trở r của cuộn dây và ghi vào bảng 3.
Sau đó, bấm núm "ON/OFF" tắt điện cho ohm kế.
Ghi vào bảng 3: giá trị giới hạn, độ nhạy, cấp chính xác và số n được quy định đối
với thang đo đã chọn trên volt kế V, ampe kế A và ohm kế Ω
IV. CÔNG= THỨC TÍNH VÀ CÔNG THỨC KHAI TRIỂN SAI SỐ 2 0 1+α· +β⋅ lOMoARcPSD|46342985 1 ⎡ 2 ⎤ =273+ 2β ⎢ α + 4β − 1 − α ⎥ ⎣ ⎦ ) 1 1 2 α2+4β( −1) 2⋅π⋅ . 2π⋅ ⋅ ( − 2 Công th Δ = ứ c tri n sai s ể + Δ = ố 2π = 4 ⎤ 1⎡ β α2−4β . ∆ + 2 Δ =2 0+4β − 0 α 0+4β − 0 ∆ 0 ⎣⎢ ⎦ ∆ ( ) ( ) 0 ∆ ( ) ⎥ α+2β 2 0 = + ( ∆ ) 1+α +β Δ = ∆ + Δ + Δππ + Δ Δ ( = ∆ + Δ + Δπ ) Δ với ∆ = 2− 2 π + III. BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 1: Đo đặc tuyến volt-ampe của dây tóc bóng đèn Volt kế DC Ampe kế DC Ohm kế Um = 20 (V) Im = 200 (mA) Rm = 200( Ω) α = 0,02 (V) α = 0,1 (mA) α = 0,1Ω δU = 0,5% δI = 1,2% δR=1% n = 3 n = 5 n = 3 tp = (30 ± 1) oC Rp = 7,0( Ω) ∆ ∆ ∆ ∆ U (V) U (V) I (mA) I (mA) U (V) U (V) I (mA) I (mA) 133, 1 0,035 56,3 1,18 6 0,06 2 2,10 2 0,04 73,6 1,38 7 0,065 146,0 2,25 lOMoARcPSD|46342985 3 0,045 92,3 1,61 8 0,07 158,6 2,40 4 0,05 108,5 1,80 9 0,075 169,4 2,53 5 0,055 122,4 1,97 10 0,08 180,1 2,66
Bảng 2 Khảo sát mạch R-C Volt kế AC:
Um = 20 (V), α = 0,1 (V) δU = 1%, n = 5 Ampe kế AC:
Im = 200 (mA), α = 0,1 (mA) δI = 1,8%, n = 3 I (mA) U (V) UR (V) UC (V) Z R ZC C C1 34,5 12,40 10,90 5,02 359,42 292,46 145,51 2,19.10-5 C1 nt C2 27,4 12,35 8,82 8,11 450,73 312,90 295,99 1,08.10-5 C1 // C2 37,1 12,32 11,63 2,73 332,10 313,98 75,59 4,33.10-5
Bảng 3 Khảo sát mạch R-L
Ohm kế: Rm = 200 ( Ω) α=0,1( Ω) δr = 1% n = 3 r = 72 I (mA) U (V) UR (V) UL (V) Z R Z L 25,4 12,03 8,03 6,26 484,25 316,14 246,46 0,78
5. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ
5.1. Vẽ đồ thị volt-ampe của dây tóc bóng đèn lOMoARcPSD|46342985
5.2. Tính các giá trị của Ro, T ở U = 10V 7,00 Ro = = = 6,11(Ω) 1+ α. + β. 2
1+4,83.10−3.30+6,76.10−7.302 Rt = 10 = 55, 5247 (Ω = 180,1.10−3 T=273 + ( 2 273 + ( 1 1 α +4β − 1 −α)= 2β 2.6,76.10−7 )55,52476, (4, 82. 10 ( −3)2 10−7 + 4. 6, 76. 11
− 1 − 4, 82. 10−3) =1674,63 (K) Ω ∆ = ∆ + ∆ = 0,08 + ) 10 -5 55, 5247 = 1, 2643 180,12,66 ( = 2π 1( = 2π = ) 2π.50.5,0234,5.10 −3 2,19.10 (F) -5 ) C:C= C1ntC2 :C1 = 1 = = 27,4.10−3 = 1,08.10 (F) 2π 2π 2π.50.8,11 C1//C2 : C2 = 1 = = 37.1.10−3 = 4,33.10-5 (F) 2π.50.2,7 2π 2π 7 lOMoARcPSD|46342985 246,48 −72 2π 2 2 2 2 L = − = = 0,75(H) 2π.50 5.4. Tính sai số α ∆ + α ∆ α + 4β 0+4β − 0 0 0 − 1 ∆ =2 0+4β − 0 1⎡ 4β α2−4β ⎤ 2 2 2 ⎣ (4.6,76.1 −7−7 ⎢ ( ) 1 ) ⎦⎥ 0 − 2 3 ( ) 4,82.1 .6,11+4.6,7 ( = ) 0 6.10 [ ( ) 2 (55,5247−6,11) . 1, 2643 (( + 4,82 ) ) 2 2.10−6−4.6,76.10 −7−6,11) 3489] 2.10−6. 6,11+4.6,76.10 −755,5247 . 0, 4,82 55,52476,1 ( ) 4, 82. 10 −3 + 4. 6, 76. 10−7 1 = 0, 00013 ( ) − 1 0 = + 1+α +β 2 ∆ ( ) 0 α+2β ∆ (∆ ) . 7.1% = +3.0,17 ( + ) 4,82.10 −3 −7 1 = 0, 0571 1+4,82.10
−3+2.6.76.10.30+6,76.10 −7.30.302 ∆ 0
= 0, 0571. 6, 11 = 0, 3489 (Ω) ( ) Một tụ 5,02.1% ∆ ∆π ∆ +5.0,01 ∆ = + 34,5.1,8%+3.0,1 + 5.10−3 0,5 ∆ = + + + + = 0,0582 π -5 -6 5,02 34,5 3,14 50 ∆ =>
= 0,0582. 2,19.10 = 1,27.10 (F) = + + + = + + + = ∆ ∆ −3
Hai tụ mắc nối tiếp 27,4.1,8% ∆π ∆ 8,11.1%+5.0,01 +3.0,1 5.10 0,5 ∆ π 8,11 27,4 3,14 50 0,0567 => ∆
= 0,0567.1,08.10-5 = 0,61.10-6 (F)
Hai tụ mắc song song lOMoARcPSD|46342985 ∆ ∆ + + ∆π + ∆ = 2,73.1%+5.0,01 37,1.10−3.1,8% ∆ = + +3.0,1.10−3 +5.10−3 + 0,5 π 2,73 37,1.10−3 3,14 50 = 0,066
=> ∆ = 0,066. 4,33.10-5 = 2,85.10-6 (F) −3 −3 = 0, 0478 = + = 6,26 + 25,4.10−3 ∆ ∆ ∆ 6,26.1%+5.0,01 25,4.1,8%.10 +3.0,1.10
∆ = .δ% + α. = 72.1% + 3.0,1 = 1,02(Ω) ∆ = ∆ + ∆ + ∆π + ∆ = 246,46.11,7803+72.1,0222 + 5.10−3 + 0,5 = 0,0652 ∆ 2 − 2 π 246,46 −72 3,14 50 Ế => = 0,0652. 0,75= 0,0489 (H)
5.5. VI T KẾT QUẢ PHÉP ĐO
= 0±Δ 0 = 6, 11 ± 0, 3489 Ω
Đối với điện trở: 00013(° )
Đố ớ = ±Δ = 1674, 63602 ± 0,
đ = đ±Δ đ = 21, 90. 10−6 ± 1, 27. 10−6( )
i v i tụ điện : =
±Δ = 10, 80. 10−6 ± 0, 61. 10−6( ) Đố ớ = ±Δ = 43,30.10 ± 2, 85. 10 ( ) −6 −6 = ±Δ = 72, 00±1, 02(Ω) i v i cuộn dây: = ±Δ = 0, 7500±0,