Работа и мощность тока (дополнение )

При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу

где U = Δφ₁₂ – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

Если обе части формулы

выражающей закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умножить на IΔt, то получится соотношение

Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи.

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена:

Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Работа, произведенная в единицу времени, называется мощностью и обозначается буквой Р: P=A/t 1джоуль/1секунда=1 Вт

№24 Абсолютная, относительная и приведенная погрешность изменения. Класс точности измерительного прибора.

Точность измерения — качество измерения, отражающее близость его результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малой погрешности.

Результат измерения — значение величины, найденное путем ее измерения.

По способу выражения погрешности средств измерений разделяют на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность ΔА — разность между показанием прибора А и действительным значением измеряемой величины А.

.

Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности ΔА к значению измеряемой величины А, выраженное в процентах:

.

Приведенная погрешность (в процентах) — отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению :

.

Погрешность измерительного прибора — разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины.

Класс точности измерительного прибора — основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

Погрешность может нормироваться, в частности, по отношению к:

§ результату измерения (по относительной погрешности)

в этом случае, по ГОСТ 8.401-80 (взамен ГОСТ 13600-68), цифровое обозначение класса точности (в процентах) заключается в кружок.

§ длине (верхнему пределу) шкалы прибора (по приведенной погрешности)

Для стрелочных приборов принято указывать класс точности, записываемый в виде числа, например, 0,05 или 4,0. Это число дает максимально возможную погрешность прибора, выраженную в процентах от наибольшего значения величины, измеряемой в данном диапазоне работы прибора. Так, для вольтметра, работающего в диапазоне измерений 0 — 30 В, класс точности 1,0 определяет, что указанная погрешность при положении стрелки в любом месте шкалы не превышает 0,3 В. Соответственно, среднее квадратичное отклонение s прибора составляет 0,1 В.

Относительная погрешность результата, полученного с помощью указанного вольтметра, зависит от значения измеряемого напряжения, становясь недопустимо высокой для малых напряжений. При измерении напряжения 0,5 В погрешность составит 60 %. Как следствие, такой прибор не годится для исследования процессов, в которых напряжение меняется на 0,1 — 0,5 В.

Обычно цена наименьшего деления шкалы стрелочного прибора согласована с погрешностью самого прибора. Если класс точности используемого прибора неизвестен, за погрешность s прибора всегда принимают половину цены его наименьшего деления. Понятно, что при считывании показаний со шкалы нецелесообразно стараться определить доли деления, так как результат измерения от этого не станет точнее.

Обозначения класса точности могут иметь вид заглавных букв латинского алфавита, римских цифр и арабских цифр с добавлением условных знаков. Если класс точности обозначается латинскими буквами, то класс точности определяется пределами абсолютной погрешности. Если класс точности обозначается арабскими цифрами без условных знаков, то класс точности определяется пределами приведённой погрешности и в качестве нормирующего значения используется наибольший по модулю из пределов измерений. Если класс точности обозначается арабскими цифрами с галочкой, то класс точности определяется пределами приведённой погрешности, но в качестве нормирующего значения используется длина шкалы. Если класс точности обозначается римскими цифрами, то класс точности определяется пределами относительной погрешности.

Аппараты с классом точности 0,5 (0,2) начинают работать в классе от 5 % загрузки. а 0,5s (0,2s) уже с 1 % загрузки.

№25 Устройство и принцип действия приборов электромагнитной системы. Условное обеспечение. Назначение добавочных резисторов и шунтов.

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Приборы магнитоэлектрической системы работают на прин­ципе взаимодействия катушки с током и поля постоянного маг­нита. На рис. 211 показано устройство прибора этой системы

Сильный постоянный подковообразный магнит 1, изготовленный из кобальто­вой, вольфрамовой или никель-алюми­ниевой стали, создает магнитное поле. К концам магнита приведены полюс­ные наконечники 2 из мягкой стали, имеющие цилиндрические выточки. Между полюсными наконечниками не­подвижно укреплен стальной цилиндр 3, служащий для уменьшения сопро­тивления магнитной цепи.

Кроме того, цилиндр играет и дру­гую роль. Магнитные линии выходят из полюсных наконечников и, в силу того что магнитная проницаемость стали значительно больше, чем у воздуха, радиально входят в цилиндр, образуя в воздушном зазоре практически одно­родное магнитное поле. Такое же поле создается при выходе магнитных линий из цилиндра. Цилиндр охватывает легкая алюминиевая рамка 4 с намотанной на ней обмоткой (катушкой) 5, выполненной из изолированной медной проволоки. Рамка сидит на оси 6, лежа­щей в подпятниках 7. На оси крепится также алюминиевая стрелка 8. Противодействующий момент создается двумя плос­кими спиральными пружинами 9, служащими одновременно для подвода тока к обмотке прибора.

Зажимы прибора выводятся наружу и соединяются проводни­ками со спиральными пружинками.

При пропускании тока по виткам обмотки в результате взаимо­действия тока в проводниках и магнитного поля подковообразного магнита возникает механическая сила, направление которой мож­но определить по «правилу левой руки». На другой стороне обмотки

возникает такая же по величине сила, но противоположного направ­ления. Образуется пара сил. Под действием этой пары сил катушка будет поворачиваться. Сила взаимодействия зависит от величины магнитной индукции В, тока в катушке I, числа витков катушки w и активной длины катушки l:

F = BIlw.

Колебания алюминиевой рамки с обмоткой в магнитном поле вызывают появление в рамке индуктированного тока, который, по правилу Ленца, будет противодействовать этим колебаниям и тем самым успокаивать подвижную часть прибора. Неизменность индук­ции во всех точках воздушного зазора обеспечивает пропорциональ­ность между током в обмотке и углом поворота подвижной части, вследствие чего шкала прибора равномерна.

Магнитоэлектрические приборы являются наиболее чувстви­тельными и точными из всех существующих приборов с непосредст­венным отсчетом. Они изготовляются как в виде лабораторных многопредельных приборов класса точности 0,1—0,5, так и в виде технических приборов класса 1—1,5.

Обладая большой точностью, высокой чувствительностью, рав­номерной шкалой, малым потреблением энергии (0,5—3 вт), малым влиянием на них внешних магнитных полей, хорошим успокое­нием, магнитоэлектрические приборы нашли широкое применение в цепях постоянного тока в качестве амперметров, вольтметров, миллиамперметров, милливольтметров и т. д.

К недостаткам приборов этой системы относятся: высокая стои­мость, чувствительность к перегрузкам и пригодность только для постоянного тока. В самом деле, при пропускании по обмотке переменного тока подвижная часть прибора должна была бы откло­няться то в одну, то в другую сторону. Но ввиду быстрых изменений тока в катушке подвижная часть, обладая инерцией, не будет успевать за ними и стрелка прибора останется неподвижной.

Для измерений в цепях переменного тока магнитоэлектрические приборы включают через полупроводниковые выпрямители (см. § 95).

Для измерения малых значений тока и напряжения применяются гальванометры, получившие преимущественное применение при нулевых методах измерений, когда нужно обнаружить отсутствие тока в той или иной части измерительной схемы.