0
??
Запишите номер терморезистора, указанный на зажиме, и комнатную температуру, указанную организаторами в аудитории.
Ответ:
Запишем температуру в аудитории $T_{0} = 22\ ^\circ$C.
1
??
После изменения параметров цепи температура терморезистора стабилизируется примерно через 2 минуты. Используя выданное оборудование, исследуйте зависимость силы тока, протекающего через терморезистор, от напряжения на нём для стабилизированных состояний терморезистора. Предложите электрические схемы для исследования данной зависимости в диапазонах $(0; 0,10)~А$, $(0,10; 0,40)~А$ и $(0,40; 1,0)~А$. Допустимая сила тока через данный терморезистор не должна превышать $I_{max}= 1,0~А$. Мультиметр разрешается использовать только в режиме вольтметра. В процессе проведения эксперимента нельзя допускать, чтобы тепловая мощность тока в резисторе превышала 50\% его максимальной мощности.
Ответ:
Поворотом ручки регулировки включим адаптер. Вращая ручку, убедимся, что диапазон напряжения работы адаптера от $3.90$ В до $12.0$ В. Так как в условии сказано, что при изменении питания терморезистор приходит к стационарному режиму за время порядка двух минут, то после подключения терморезистора в цепь во время снятия измерений разрывать цепь нельзя, это с одной стороны. С другой стороны нас просят снять зависимость напряжения от силы тока, а измерительный прибор, т.е. мультиметр у нас один. Поэтому измерять напряжение на терморезисторе мы будем мультиметром в режиме вольтметра непосредственно с терморезистора, а для получения силы тока, будем измерять напряжение на известном сопротивлении и вычислять силу тока. Рассмотрим различные варианты подключения терморезистора в цепь:
Ответ:
Ответ:
Самая простая это схема 2, но в условии просят не превышать тепловую мощность тока выше 50 % максимальной мощности, это означает, что через резистор с сопротивлением 10 $\Omega$ не должен протекать ток, сила которого больше $I_{2max} = \sqrt{\dfrac{0.5P_{max}}{R}} \approx 0.71 $А. Такой ток не достаточен для получения искомой зависимости. Схема 1 позволяет пропускать через терморезистор ток до 1 А, не превышая предельной тепловой мощности на резисторах. Минимальный ток, возможный при таком подключении определяется минимальным напряжением, который может выдать регулируемый адаптер. Проводим измерения и записываем в таблицу. Следим за показаниями мультиметра. Когда напряжение перестает изменяться, записываем показания. Так как для каждой точки необходимо ожидать около 2х минут, не теряем время, вычисляем силу тока, сопротивление и мощность. Для получения силы тока, текущего через терморезистор, воспользуемся законом Ома $I_{\mbox{тр}}=\dfrac{U_{AB}}{5 \Omega}$. Для измерения точек с меньшим током возпользуемся схемой 2, тогда $I_{\mbox{тр}}=\dfrac{U_{AB}}{10 \Omega}$. Максимальное значение напряжения выставляем чуть меньше удвоенного напряжения последней точки в схеме 1, что будет соответствовать чуть меньшему току предыдущей схемы. Последняя точка во второй схеме опять ограничивается минимальным напряжением адаптера. Собираем схему 3, которая представляет собой делитель напряжения. Регулируем адаптер так, чтобы напряжение на резисторе 2.2 $\Omega$ было чуть меньше напряжения последней точки схемы 2, умноженного на коэффициент $\dfrac{2.2}{10}$. Для получения токов наименьшего значения собираем схему 4. Регулируем адаптер так, чтобы напряжение на резисторе 10 $\Omega$ было чуть меньше напряжения последней точки схемы 3, умноженного на коэффициент $\dfrac{10}{2.2}$.
Таблица экспериментальных и рассчётных данных
Ответ:
Ответ:
Схема
$R_{AB}$, Ом
$U_{AC}$, В
$U_{AB}$, В
$I_{tr}$, А
$R_{tr}$, Ом
$N_{tr}$, Вт
$T_{tr}, ^\circ C$
1
5
1,12
5,03
1,006
1,11
1,127
166
1
5
1,14
4,65
0,930
1,23
1,060
158
1
5
1,18
3,99
0,798
1,48
0,942
143
1
5
1,22
3,54
0,708
1,72
0,864
133
1
5
1,28
3,01
0,602
2,13
0,771
121
1
5
1,32
2,57
0,514
2,57
0,678
110
2
10
1,37
4,52
0,452
3,03
0,619
102
2
10
1,40
3,84
0,384
3,65
0,538
92
2
10
1,41
3,59
0,359
3,93
0,506
88
2
10
1,44
3,00
0,300
4,80
0,432
79
2
10
1,42
2,24
0,224
6,34
0,318
65
3
2,2
1,48
0,529
0,240
6,16
0,356
69
3
2,2
1,45
0,394
0,179
8,10
0,260
57
3
2,2
1,35
0,283
0,129
10,5
0,174
47
3
2,2
1,20
0,193
0,088
13,7
0,105
38
4
10
0,90
0,511
0,051
17,6
0,0460
31
4
10
0,80
0,433
0,043
18,5
0,0346
29
4
10
0,41
0,200
0,020
20,5
0,0082
26
2
??
Постройте график исследованной зависимости $I(U)$.
Ответ:
3
??
Известно, что при температуре $95~^\circ\mathrm{C}$ сопротивление выданного терморезистора $3,5~Ом$. Найдите, при каких температурах терморезистора его сопротивление равно $2~Ом$, $10~Ом$ и $15~Ом$ соответственно. Можно считать, что коэффициент теплоотдачи при проведении измерений постоянен.
Ответ:
Так как в условии задачи предложили считать коэффицент теплоотдачи постоянным применим закон Ньютона-Рихмана: $$P_{95}=\alpha(95^\circ\mbox{C}-22^\circ\mbox{C})$$С другой стороны, рассеиваемая мощность равна $$P_{95} = I_{3.5}U_{3.5} =0,40\mbox{A}\cdot 1,4\ \mbox{В} = 0,56\ \mbox{Вт,}$$где $I_{3.5},\ U_{3.5}$ - ток и напряжение в точке пересечения вах резистора 3.5 Ом и найденной зависимости, откуда коэффициент теплоотдачи: $$ \alpha = 0,0077 \dfrac{\mbox{Вт}}{^\circ \mbox{C}}. $$Найдем точки пересечния ВАХ резисторов с номиналами 2 Ом, 10 Ом и 15 Ом с исследуемой зависимостью и получим соответствующие значения тока и напряжения. Их произведение равно мощности, зная коэффициент теплоотдачи и тепловой мощности определим соотвествующие температуры: $$ T_{15} = 32 ^\circ\mbox{C},\ T_{10} = 54 ^\circ\mbox{C}, \ T_{2} = 126 ^\circ\mbox{C}. $$
