Bài 7 thí nghiệm vật lý – General Physics 1 – PH1003 – StuDocu

Bài 7
LÀM QUEN SỬ DỤNG DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN KHẢO SÁT CÁC MẠCH
ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU

Nhóm 5- lớp L

Kiều Thị Thu Phương

Đinh Minh Quân

Đỗ Thành Đạt
Phạm Ngọc Vinh Quang
Lê Xuân Quân

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

• Làm quen, sử dụng dụng cụ đo điện để khảo sát các mạch điện một chiều và

xoay chiều

• Cách sử dụng đồng hồ đeo tay đa năng hiện số DT
• Khảo sát những mạch 1 chiều, mạch RC, mạch RL

II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1. Mạch RC

– Xét mạch điện gồm nguồn điện một chiều Un cung ứng điện cho bóng đèn dây
tóc Đ có điện trở R ( Hình 2 ). Điện áp ra của nguồn điện Un hoàn toàn có thể đổi khác được
nhờ biến trở núm xoay P. Hiệu điện thế U giữa hai đầu bóng đèn Đ đo bằng volt
kế một chiều V, và cường độ dòng điện I chạy qua bóng đèn đo bằng ampe kế
một chiều A .

• Theo định luật Ohm I =

U

Q (3)

• 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 thông số góc :
tg α =
1 R
= G ( 4 )

• Nhưng do hiệu ứng Joule-Lenz, lượng nhiệt Q toả ra trên điện trở R trong thời

gian bằng : Q = R. I 2 ( 5 )

• Lượng nhiệt này làm tăng nhiệt độ và do đó làm thay đổi điện trở của đoạn

mạch. Vì dây tóc bóng đèn Đ làm từ Wolfram, nên điện trở R của nó đổi khác
theo nhiệt độ t RT = R 0 ( 1 + α. t + βt 2 )  ( 6 )
XÁC NH N C A GIÁO VIÊNẬ Ủ

– Kết quả là cường độ dòng điện I chạy qua dây tóc đèn Đ không tăng tỷ lệ tuyến

tính theo hiệu điện thế U giữa hai đầu dây tóc đèn nữa. Đặc tuyến volt-ampe I = f
( U ) của bóng đèn dây tóc có dạng đường cong. Gọi Rp là điện trở của dây tóc
đèn ở nhiệt độ phòng pt. Khi đó từ ( 6 ) ta suy ra :
R 0 =
Rp

1 +α .t+βt 2 (7)

– Giải phương trình (6) đối với t, cộng thêm 2730 K ta xác định được nhiệt độ

tuyệt đối của dây tóc đèn : T = 273 +
1

2 β[√

α 2 + 4 β(

Rt R 0

− 1 )−α]

2. Mạch RL

– Đặt hiệu điện thế xoay chiều u có tần số f vào hai đầu mạch điện gồm tụ điện có

điện dung C mắc tiếp nối đuôi nhau với điện trở thuần R ( Hình 3 ) .

– Ta có biểu thức: U 0 =I 0 √R

2 + Z C
2 = I 0 Z
V i ớ ZC là dung kháng của tụ điện : ZC =
1 2 π C
# # # # # # # Z là t ng tr m ch Z = ổ ở ạ √ R 2 + ZC 2

3. M ch RCạ

– Đặt hiệu điện thế xoay chiều u có tần số f vào hai đầu mạch điện gồm cuộn dây

dẫn có điện trở thuần r và thông số tự cảm L mắc tiếp nối đuôi nhau với điện trở R ( Hình 5 )
# # # # # # # – Ta có biểu thức : U 0 = I 0 √ R 2 + ZL 2 = I 0 Z
# # # # # # # V i t c m Zớ ừ ả L = 2 π L và Z = √ ( R + r ) 2 + ZL 2

III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

1. Xác định nhiệt độ nóng sáng của dây tóc đèn.

– Volt kế V đặt ở thang đo xoay chiều ACV 20V, mắc song song với những đoạn mạch cần đo. 106 BÀI 7  – Ampe kế A đặt ở thang đo xoay chiều ACA 200 mA, hai dây đo cắm vào 2 lỗ “ COM ” và “ A ”, rồi mắc tiếp nối đuôi nhau xen vào mạch điện giữa R và C bằng hai đầu cốt ( Hình 3 )

c. 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 mạch, UR
giữa hai đầu điện trở thuần R, và UC giữa hai đầu tụ điện C, đọc và ghi vào bảng 2.

# # # # # # # d. Kết thúc phép đo : Bấm khoá K để tắt bộ nguồn. Bấm những núm ” ON / OFF ” trên hai đồng
hồ để tắt điện cho chúng .
# # # # # # # 5 Xác định thông số tự cảm L của cuộn dây dẫn trong mạch RL

a. 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.

b. 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.

c. 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.
d. 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

e. Tháo volt kế V ra khỏi mạch điện, vặn chuyển mạch chọn thang đo của nó về vị trí
“200 ” hoặc “2k“ dùng nó làm ohm kế để đo điện trở thuần r của cuộn dây. Các cực “V/ ”  
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 .

IV. CÔNG THỨC VÀ KHAI TRIỂN SAI SỐ

C = 1 2. π. f. ZC
= I 2 π. f. UC ⟹ lnC = lnI − ln2 − lnπ − lnf − lnUC

Đạo hàm 2 vế : |

1

C|

∆C=| 1

I|

∆ I+|− 1

π|

∆π+|− 1

f|

∆ f+|− 1

UC|

∆ UC
⟹ ∆ C C
= ∆ I I
+ ∆ π π
+ ∆ f f
+
∆ UC UC
L =
# # # # # # # √ Zcd 2 − r 2
2 πf
# # # # # # # ⟹ lnL = ln ( √ Zcd 2 − r 2 ) − ln 2 − lnπ − lnf = 1
2
ln ( Zcd 2 − r 2 ) − ln 2 − lnπ − lnf

Đạo hàm 2 vế : |

1

L|

∆ L = 1 2
×

|

1

Zcd 2 −r 2 |

(2.∆Zcd+2 .∆r)+|−

1

π|

∆ π+|− 1

f|

∆ f

¿|

1

Zcd 2 −r 2 |

(Zcd.∆Zcd+r .∆r)+|−

1

π|

∆ π+|− 1

f|

∆ f
⟹
∆ L L
=
Zcd. ∆ Zcd + r. ∆ r Zcd 2 − r 2
+ ∆ π π
+ ∆ f f với
∆ Zcd Zcd
=
∆ UL UL
+ ∆ I I Sai sốố Rt
T Rừ t =
U 10 I 10
= ¿ lnRt = lnU 10 − lnI 10

Đạo hàm 2 vế : |

1

Rt|

∆ Rt=| 1

U 10 |

∆U 10 +|− 1

I 10 |

∆ I 10 ⟹
∆ Rt Rt
=
∆ U 10 U 10
+
∆ I 10 I 10

V. B ng sốố li uả ệ
Bảng 1: Đo đặc tuyến volt-ampe của dây tóc bóng đèn

Volt kếố
Um = 20V
α = 0, δ U = ¿ 0,5 %
n = 3
Ampe Kếố Im = 200 mA α = 0, δ I = ¿ 1,2 % n = tp = 30 ± 1 ° C
Ohm kếố Rm = 200 Ω α = 0, δ R = ¿ 1 % n = Rp = 7 Ω
U ( V ) ∆ U ( V ) I ( mA ) ∆ I ( mA )
U V ∆ U ¿
I ( mA ) ∆ I ( mA ) 1 0,035 56,3 1,18 6 0,06 133,2 2, 2 0,04 73,6 1,38 7 0,065 146,0 2, 3 0,045 92,3 1,61 8 0,07 158,6 2, 4 0,05 108,5 1,80 9 0,075 169,4 2, 5 0,055 122,4 1,97 10 0,08 180,1 2 ,

Sử dụng công thức ∆UC=δ U ×UC+n×α và ∆ I=δ I ×I+n×α

Bảng 2: Khảo sát mạch R-C
Volt kếố AC
Um= 20 V; α =0,01 ;
δ U=1 %; n =

Ampe kếố AC
Im=200 mA; α = 0,1 ; δ I=¿
1,8% ;
n =
I (mA) U (V) UR (V) UC
(V)

Z ( Ω) R ( Ω) ZC ( Ω) C (F) ∆ I
(mA)

V
∆UC¿
)
1 C 34,5 12,40 10,09 5,02 359,42 292,46 145,51 2,189 x 10-5 0,921 0,
C
nt
C

27,4 12,35 8,82 8,11 450,73 321,90 295,99 1,076 x 10-5 0,7932 0 ,

C/
/ C

37,1 12,32 11,63 2,73 332,08 313,48 73,58 4,328 x 10-5 0,9678 0 ,

Bảng 3: Khảo sát mạch R-L

Phâần 2: Tính toán

1. Tính giá tr c a Rị ủ 0 và T U=10Vở

R 0 =

Rp 1 + α tp + βtp 2
=
7 1 + 4,82 × 10 − 3 × 30 + 6,76 × 10 − 7 × 302
= 6,1124 ( Ω )
Rt =
U ( l n ầ đo 10 ) I ( l n ầ đo 10 )
=
10 180,1 × 10 − 3
# # # # # # # = 55,525 ( Ω )
T = 273 +
1

2 β[√α

2 + 4 β

(

Rt

R 0 − 1 )−α]

= 273 +
1

2 ×6,76× 10 − 7 [√

(4,82× 10 − 3 ) 2 + 4 ×6,67× 10 − 7 ×(55,

6 ,

− 1 )−4,82× 10 − 3 ]

= 1674,643333 ( oK )

2 Tính giá trị điện dung của một tụ, hai tụ nối tiếp, hai tụ song song

và hệ số tự cảm của cuộn dây

2 V i ớ ∆ f=0,5Hz vàf= 50 Hz
Điềần v i ớb ng ả 2 c t C v i lâần l t:ở ộ ớ ượ

1 t : ụ C =
1 2 π f ZC
= I 2 π f Uc =
34,5 × 10 − 3 2 × 3,14 × 50 × 5,02 = 2,189 x 10
– 5 ( F )
2 t nốối tếốp : ụ C 1 =
1 2 π f ZC
= I 2 π f Uc =
27,4 × 10 − 3 2 × 3,14 × 50 × 8,11 = 1,076 x 10
– 5 ( F )
2 t song song : ụ C 2 =
1 2 π f ZC
= I 2 π f Uc =
37,1 × 10 − 3 2 × 3,14 × 50 × 2,73 = 4,328 x 10
– 5 ( F )

(*) Tính sai sốố UC và I cầần biếốt khi tìm ∆C
1 /∆UC=δ U ×UC+n×α

+ ) ∆ UC = ¿ 5,02 x 1 % + 5 x 0,01 = 0,1002 ( V )
+ ) ∆ UC 1 = 8,11 x 1 % + 5 x 0,01 = 0,1311 ( V )
+ ) ∆ UC 2 = 2,73 x 1 % + 5 x 0,01 = 0,0773 ( V )
2 / ∆ I = δ I × I + n × α
+ ) ∆ I = ¿ 34,5 x 1,8 % + 3 x 0,1 = 0,921 ( mA )
+ ) ∆ I 1 = 27,4 x 1,8 % + 3 x 0,1 = 0,7932 ( mA )
+ ) ∆ I 2 = 37,1 x 1,8 % + 3 x 0,1 = 0,9678 ( mA )

2 Tính L

# # # # # # # L = √
ZL 2 − r 2 2 π f
= √
246,46 2 − 722 2 × 3,14 × 50
= 0,7507 ( H )

(*) Tính sai sốố UL (U cu n dâyộ ) và I câần đềốn khi tính ∆ L

1 / ∆ UL = δ U × UL + n × α => ∆ UL = 6,26 x 1 % + 5 x 0,01 = 0,1126 ( V )
2 / ∆ I = δ I × I + n × α => ∆ I = ¿ 25,4 x 1,8 % + 3 x 0,1 = 0,7572 ( mA )

3 Tính sai sốố

∆ Rp=δ R×Rp+n×α =1%. 7 + 3. 0,1= 0 ( Ω)
∆ r= δ r x r + n x α = 1%. 72 + 3. 0,1=1,02 ( Ω)

1/

∆ Rt Rt
=
∆ U 10 U 10
+
∆ I 10 I 10

=> ∆ Rt = (

∆ U 10 U 10
+
∆ I 10

I 10 )

× Rt = (0,

10
+ 2 ,

180,1)

×55,525=¿ 1,2643 ( Ω)

2/

∆ R 0 R 0
=
∆ Rp Rp
+

(

α + 2 β tp

1 +α tp+βt 2 p)

∆ tp
=> ∆ R 0 = (
∆ Rp Rp
+

(

α + 2 βtp

1 +α tp+β t 2 p)

× 1 ) × R 0

= [

0, 7

+( 4,82× 10

− 3 + 2 × 6,76 × 10 − 7 × 30

1 +4,82× 10 − 3 × 30 +6,76× 10 − 7 × 302 )

× 1 ]×6,1124=0,3490 ( Ω)

3/ ∆T=

1

2 [(

4 β

α 2 R 0 + 4 β(Rt−R 0 ))

∆ Rt+( α

2 − 4 β

α 2 R 0 + 4 β(Rt−R 0 ))

∆ R 0

]

.

√

α 2 + 4 β(

Rt R 0

− 1 )

=
1

2 [(

4 × 6,76 × 10 − 7

(4,82× 10 − 3 ) 2 ×6,1124+ 4 ×6,76× 10 − 7 (55,525−6,1124))

×1,2643+(

( 4,82 × 10 − 3 ) 2 − 4 × 6,76 × 10 ( 4,82 × 10 − 3 ) 2 × 6,1124 + 4 × 6,76 × 10 − 7 ( 5
= 1,2949 x10-4 ( oK )

() Sai sốố C t ng tr ng h pừ ườ ợ**
∆C
C

=
∆ UC UC
+ ∆ I I
+ ∆ π π
+ ∆ f f

Đốối v i 1 t : ớ ụ ∆C = (

∆ UC UC
+ ∆ I I
+ ∆ π π
+ ∆ f

f )

×C = (0,

5 ,
+ 0,921 × 10
− 3 34,5 × 10 − 3
+ 0, 3 ,
+ 0 ,

50 )

× 2 ,
x 10 –
= 1,275 x10 – 6 ( F )

Đốối v i 2 t nt: ớ ụ ∆C 1 = (

∆ UC 1 UC 1
+ ∆ I I
+ ∆ π π
+ ∆ f

f )

× C 1

= (

0, 8 ,
+ 0,7932 × 10
− 3

27,4× 10 − 3

+ 0, 3 ,
+ 0 ,

50 )

× 1,076 × 10 – 5 = 0,61 x10 – 6 ( F )

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Giáo dục