Интерференция световых волн Строение ядра. Радиоактивность

Линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям. Действительно, все точки эквипотенциальной поверхности имеют одинаковый потенциал, поэтому работа по перемещению заряда вдоль этой поверхности равна нулю, т. е. электростатические силы, действующие на заряд, всегда направлены по нормалям к эквипотенциальным поверхностям. Следовательно, вектор Е всегда нормален к эквипотенциальным поверхностям, а поэтому линии вектора Е ортогональны этим поверхностям.

Лабораторная работа

Измерение силы тока и напряжения в цепях постоянного тока

Задача посвящена знакомству с техникой измерений силы тока и напряжения в цепи постоянного тока с помощью широко рас­пространенных в лабораторной практике приборов: многопредельных стрелочных и электронных вольтметров, амперметров, комбинированных приборов (тестеров).

Общие сведения

Для измерения силы тока применяют приборы, называемые ампермет­рами. В основе их работы лежит однозначная зависимость угла поворо­та стрелки индикатора (а, следовательно, и показаний прибора), соеди­ненной с подвижным узлом, от величины силы тока, протекающего через измерительный узел прибора. Для измерения амперметры включают после­довательно в разрыв цепи в том ее участке, где необходимо определить силу тока (рис.1).

Очевидно, что чем меньше внутреннее сопротивление ам­перметра, тем меньшее изменение величины силы тока в цепи вызовет его включение, а следовательно, тем точнее будет определено истинное значение. Поэтому подобные измерения имеют смысл лишь когда выполняется условие

rA << R Динамика Физика решение задач

где rA – внутреннее сопротивление прибора. Для расширения преде­лов измерений параллельно амперметру подключают резисторы, сопроти­вление которых меньше внутреннего сопротивления прибора. Их назы­вают шунтами. Сопротивление шунта определяется из соотношения

где n - число, показывающее во сколько раз увеличен предел измере­ния, rш - величина сопротивления шунта.

Шкалы амперметров обычно градуируют непосредственно в единицах силы тока: амперах, миллиамперах или микроамперах. Нередко в ла­бораторной практике применяет многопредельные амперметры. Внутри ко­рпуса таких приборов размещают несколько различных шунтов, которые подключаются параллельно индикатору с помощью переключателя пределов измерений. На лицевой панели многопредельных приборов указывают мак­симальные значения силы тока, которые могут быть измерены при том или ином положении переключателя пределов измерений. Цена деления шкалы (если у прибора имеется единственная шкала) будет разной для каждого предела измерений. Часто многопредельные приборы имеют нес­колько шкал, каждая из которых соответствует определенному пределу измерений.

Если для измерений в цепи постоянного тока применяется универ­сальный прибор, допускавший выполнение измерений а цепях и постоян­ного, и переменного тока, или комбинированный прибор, предназначен­ный для измерения различных электрических величин, то переключатель рода работы следует установить в положение, соответствующее измере­нию силы тока в режиме "постоянный ток" (обычно это положение обоз­начается символом "–"). Отсчет показаний при этом производится по той шкале, против которой указаны символы "–" и "А" (или "mА", "mА"). Если нулевое значение шкалы амперметра расположено слева (а не посередине), то во избежание выхода из строя прибора необходимо следить за полярностью его подключения в цепь. Входную клемму при­бора, обозначаемую символами "T", "–" или "общ", подключают к той точке разрыва цепи, которая имеет меньший потенциал, относительно другой точки, подключаемой к входной клемме, обозначаемой символа­ми + или "А".

Заметим, что из-за малой величины внутреннего сопротивления амперметров измерения силы тока сле­дует производить, по возможности, лишь после того, как известно приблизительно (хотя бы по порядку величины) ожидаемое значение.

Если оно не известно, то измерение следует начинать, используя максимальный предел, так как в этом случае вероятность превышения значения силы тока в цепи максимально допустимой для данного прибо­ра (а следовательно, и выхода его из строя) будет наименьшей. Если после такого включения в цепь прибора стрелка отклонится на слишком малый угол, то необходимо перейти на меньший предел, предварительно отклю­чив прибор из цепи. Оптимальным можно считать выбор того предела из­мерений, при котором стрелка индикатора в процессе измерения будет располагаться в правой части шкалы.

Для измерения напряжения на участке цепи (разности потенциалов между точками, ограничивавшими исследуемый участок, применяет при­боры - вольтметры, подключаемые параллельно исследуемому участку (рис.2). Фактически вольтметр (кроме приборов некоторых систем, например электростатической) представляет собой амперметр, шкала кото­рого проградуирована в единицах напряжения - вольтах, милливольтах, микровольтах, киловольтах. Однако в отличие от амперметров, внутреннее сопротивление вольтметра rв должно быть как можно больше соп­ротивления того участка цепи R, на котором проводятся измерения. В противном случае параллельное подключение прибора приведет к существенному изменению величины силы тока в цепи и, следовательно, к заметному изменению разности потенциалов, подвергаемой измерению.

Для расширения пределов измерений последовательно с вольтметром включают добавочные сопротивления rд, величина которых может быть определена из соотношения

rд = (n–1)rв

где п - число, определяющее во сколько раз требуется увеличить пре­дел измерений. Размещение нескольких добавочных сопротивлений и пе­реключателя, позволяющего их подключать к индикатору, внутри корпуса прибора, дает возможность конструировать многопредельные вольтметры. На их лицевых панелях рядом с переключателем пределов измерений ука­зывают максимальные значения разности потенциалов, которые могут быть измерены при том или ином положении переключателя.

При выполнении измерений в целях постоянного тока следует, так же как и при измерениях силы тока, соблюдать полярность подключения прибора к цепи. При использовании комбинированных многопредельных приборов переключатель рода работы должен быть установлен в положе­ние, соответствующее измерению напряжения в цепи постоянного тока (оно обычно обозначается символами "–","+U", "–U" или "V"). От­счет показаний производится по тем шкалам, рядом с которыми указаны символы "V" и "–". Цена делений определяется для каждого предела измерений или для каждой шкалы в отдельности.

Большой точности измерения напряжения можно достичь, если вос­пользоваться ламповыми, транзисторными или электронно-цифровыми во­льтметрами. Их внутреннее сопротивление, как правило, значительно превышает внутреннее сопротивление обычных стрелочных вольтметров. Однако, в силу конструктивных особенностей и способов преобразования исследуемой величины в показания прибора, при выполнении измерений, а также перед их началом, необходимо периодически проверять правиль­ность установки нулевого значения по шкале или цифровому индикатору. Для этого переключатель режимов работы необходимо установить в поло­жение "контроль нуля" (иногда оно обозначается символом ">0<") и замкнуть накоротко входные клеммы прибора. При необходимости регули­ровка нулевого положения стрелки или установка нулевого значения на индикаторе осуществляется вращением ручки переменного резистора, ря­дом с которым на лицевой панели указывают "установка нуля" или ">0<").

При выполнении одновременных измерений силы тока и напряжения в цепи возможны два варианта подключения приборов, представленные на рис.3. Очевидно, что вариантом (а) можно пользоваться, когда внутреннее сопротивление вольтметра rв значительно превышает сопротивле­ние участка цепи R, а вторым (б) – когда вну­треннее сопротивление амперметра rА значительно меньше величин R.

Свойство зарядов располагаться на внешней поверхности проводника используется для устройства электростатических генераторов, предназначенных для накопления больших зарядов и достижения разности потенциалов в несколько миллионов вольт. Электростатический генератор, изобретенный американским физиком Р. Ван-де-Граафом (1901—1967), состоит из шарообразного полого проводника 1 (рис. 143), укрепленного на изоляторах 2.
Основы электронной теории магнетизма