Đo điện trở bằng mạch cầu wheastone đo suất điện động bằng mạch xung đối môn Vật lý đại cương 2 | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG MẠCH CẦU WHEASTONE.
ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI
Tên: Thái Khắc Tài Lớp: Cơ Điện Tử Nhóm: 9 Kíp 2 1. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: 1.1. Mục đích
- Dùng mạch cầu Wheastone và điện kế nhạy để đo chính xác điện trở của vật dẫn.
- Dùng mạch xung đối với điện kế nhạy và nguồn điện áp chuẩn một chiều để đo
chính xác suất điện động của nguồn điện cần đo (pin điện hoá, pin nhiệt điện,...). 1.2. Yêu cầu
- Nắm được cơ sở lý thuyết.
- Nắm được nguyên lý làm việc của thiết bị thí nghiệm.
- Biết cách tiến hành thí nghiệm.
- Viết được báo cáo thí nghiệm. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
2.1. Mạch cầu Wheastone
Mạch cầu Wheastone là một mạch điện gồm 4 nhánh XBYZX (Hình 13.1), trong
đó hai đoạn mạch mắc song song XBY (tạo bởi hai điện trở Rx và R0 mắc nối tiếp) và
XZY (tạo bởi hai điện trở r1 và r2 thuộc hai nửa của cùng một cầu dây XY, phân chia
bởi con chạy Z). Cầu được cung cấp bởi nguồn một chiều E nối vào hai điểm X, Y.
Các điểm giữa B, Z của cầu được nối với nhau bằng đoạn mạch BGZ có chứa điện kế
G, còn gọi là đường chéo của cầu.
Đoạn mạch XZY có cấu tạo gồm một sợi dây điện trở đồng chất tiết diện đều, dài
1000 mm, căng trên thước mili-mét, hai đầu nối với hai cưc X đấu dây X, Y. Trong
khoảng giữa X, Y có con chạy Z, có điểm tiếp xúc với dây và có thể dịch chuyển dọc
theo chiều dài dây điện trở. 1
Khi đóng khoá K, trong mạch có dòng điện. Nếu điện thế VB ≠ VZ trong đoạn mạch
BZ sẽ có dòng điện VB sẽ có dòng điện IG làm điện kế G bị lệch đi. Nếu VB = VZ,
dòng điện chạy qua điện kế IG = 0, ta nói: Mạch cầu Wheastone ở trạng thái cân bằ . ng
Vì dây điện trở XZY đồng chất tiết diện đều, nên các điện trở r1, r2 tỷ
lệ thuận với độ dài của các đoạn dây tương ứng. Nếu đặt l là độ dài của dây điện trở
XY, 11 là độ dài của dây điện trở XZ thì độ dài của dây điện trở ZY là l2 = l - l1.
Phương trình (13.2) trở thành:
Như vậy nếu biết giá trị điện trở mẫu R0 và đo các độ dài l và 11, ta sẽ xác định
được điện trở Rx theo (13.3).
Phép đo điện trở dùng mạch cầu Wheastone rất dễ dàng, đơn giản, không phụ
thuộc độ ổn định của nguồn điện E, có thể đạt độ chính xác cao (tuỳ thuộc cấp chính
xác của điện trở mẫu R0, độ chính xác và độ phân giải của cầu dây, độ nhạy điện kế G).
2.2. Xác định suất điện động của nguồn điện bằng mạch cầu xung đối
Suất điện động Ex của nguồn điện thường được đo trực tiếp bằng một
vôn kế V nối với hai cực của nguồn điện. Trong phép đo này chúng ta đa gia mthiết
điện trở trong của nguồn điên rất nhỏ còn điện trở của vôn kế là vô cùng lớn. Do đó,
sai số mắc phải sẽ lớn nếu điện trở của vôn kế nhỏ hoặc điện trở trong của nguồn điên lớn.
Để đo chính xác suất điện động của nguồn điện, ta dùng phương pháp so sánh suất
điện động Ex của nguồn điện cần đo với suất điện động E0 của nguồn điện chuẩn trong
mạch xung đối (Hình 13.2). 2
Nguồn điện Ex (hoặc E0) được mắc xung đối với nguồn điện E, tức là cực dương
(+) của nguồn điện Ex (hoặc E0) được nối với cực dương (+) của nguồn điện E tại
điểm X. Dòng điện do nguồn điện Ex (hoặc Ex)phát ra chạy tới điểm X có chiều
ngược với dòng điện do nguồn điện E cung cấp nên chúng có thể bù trừ nhau (xung đối).
Nếu đóng khóa K thì sẽ có dòng điện chạy qua nguồn điện Ex và kim của điện kế
G bị lệch khỏi số 0. Dịch chuyển con trượt Z dọc theo dây điện trở XZY, ta sẽ tìm
được vị trí thích hợp của Z sao cho kim của điện kế G trở về đúng số 0. Khi đó cường
độ dòng điện chạy qua nguồn điện Ex và điện kế G có giá trị bằng không: I1 = IG = 0,
còn dòng điện chạy qua dây điện trở XZY có cùng cường độ với dòng điện do nguồn
E cung cấp cho mạch chính: I2 = I. Áp dụng định luật Kirchoff thứ hai cho mạch vòng kín XBGZ, ta có:
với rx là điện trở trong của nguồn Ex; RG là điện trở của điện kế G và RXZ là điện trở
của đoạn dây điện trở XZ. Khi I1 = IG = 0 thì phương trình (13.4) có dạng:
Thay nguồn điện cần đo Ex bằng nguồn điện áp chuẩn có suất điện động E0 đã biết.
Khi đó ta phải dịch chuyển con trượt đến vị trí Z thích hợp sao cho cường độ dòng
điện chạy qua nguồn điện áp chuẩn E0 và điện kế G bằng không (IG = 0). Trong
trường hợp này, dòng điện chạy qua đoạn dây điện trở XZ1Y vẫn có cường độ không
đổi bằng I và chúng ta được kết quả tương tư: u X
trong đó l1 và ll 1 là độ dài tương ứng của các đoạn dây điện trở XZ vàXZ1.
Khi biết suất điện động E0 của nguồn điện áp chuẩn và sau khi đo các độ dài l1 và
l11 của các đoạn dây điện trở XZ và XZ1, ta có thể xác định được suất điện động Ex
của nguồn điện cần đo theo công thức (13.7). 3. XỬ LÝ SỐ LIỆU: 3.1. Đo điện tở R:
Độ dài đoạn dây điện trở XY: l = 1 (m)
Độ chính xác của thước mm: T = 0,001 (m)
Cấp độ chính xác của hộp điện trở mẫu: 0,1 % Lần đo R1(Ω) R0(Ω) 1 538,00 1,00 2 539,00 0,00 3 3 544,20 5,20 4 536,8 2,20 5 537,00 2,00 TB 539,00 2,13
- Sai số dụng cụ là:
Rdc = ( 0,1/100).539 = 0,539(Ω)
-Sai số tương đối của phép đo là:
-Sai số tuyệt đối là: R = Rdc +
Rtb = 0,539+2,13=2,67(Ω)
-Kết quả của phép đo: R=539,00 2,67(Ω)
3.2. Đo suất điện động Ex của pin:
Suất điện động của nguồn: E0 = 1,5 (V)
Độ chính xác của thước thẳng: l = 1 (mm) Lần đo l1(mm) l1(mm) l11(mm) l11(mm) 1 437,0 0,8 534,0 1,6 2 438,0 0,2 534,0 1,6 3 440,0 2,2 535,0 0,6 4 436,0 1,8 538,0 2,4 5 438,0 0,2 537,0 1,4 TB 437,8 1,0 535,6 1,5
-Sai số tương đối của phép đo là:
-Giá trị trung bình: Ex=E0.(l1tb/l’1tb)=1,23(V) -Sai số tuyệt đối : E=
= 0,68%.1,23=0,0084(V)
-Kết quả đo suất điện động: E=1,23 0,0084(V)
-Nhận xét:Điện trở: R=539,00 2,67(Ω)
Suất điện động: E=1,23 0,0084(V) 4