Лучший ответ по мнению автора | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
09.17
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Посмотреть всех экспертов из раздела Учеба и наука > Физика
Пользуйтесь нашим приложением
N03 Определние ЭДС
Лабораторная работа № 3
Цель работы: изучение компенсационного
метода измерений и определение
электродвижущей силы источника тока.
Оборудование: источник тока, резистор, нормальный элемент, исследуемый источник тока, реохорд, ключ, переключатель, гальванометр.
Краткие теоретические сведения
Ток в проводнике может существовать при наличии свободных зарядов и разности потенциалов на концах проводника или между любыми другими точками проводника. В замкнутой цепи постоянный ток существует при наличии, помимо кулоновских, так называемых сторонних сил.
Физическая природа сторонних сил различна. В гальванических элементах – это силы межмолекулярного взаимодействия. Разделение зарядов происходит в результате химических реакций. В фотоэлементах возникновение электродвижущей силы (ЭДС) происходит вследствие взаимодействия света с веществом. В генераторах за счет электромагнитной индукции. ТермоЭДС возникает по причине различия температурных зависимостей положения уровней Ферми двух контактирующих металлов.
При наличии сторонних сил дифференциальная форма закона Ома имеет вид:
,
(3.
1)
где плотность тока, σ удельная электропроводность, напряженность поля кулоновских сил, напряженность поля сторонних сил.
Рассмотрим участок 1-2 замкнутой цепи L , на котором находится источник тока, например, гальванический элемент (рис. 3.1). Выделим на этом участке малый элемент dl такой, чтобы можно было считать площадь поперечного сечения элемента
Рис. 3.1.
Или
.
Интегрируя последнее выражение, получим
, (3.2)
Первое слагаемое в правой части (3.
2)
равно убыли потенциала на участке 1-2
, (3.3)
второе слагаемое есть ЭДС – величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению положительного единичного заряда
. (3.4)
Таким образом, закон Ома для неоднородного участка электрической цепи запишется в виде
. (3.5)
Если перемещать точку 2 вдоль проводника, то она в итоге совпадет с точкой
, (3.6)
где (r + R) полное сопротивление замкнутой цепи, равное сумме внутреннего сопротивления источника тока r и внешнего сопротивления цепи R.
Компенсационный метод
На практике для определения ЭДС источника
тока часто используют приближенный
метод.
Он состоит в том, что к клеммам
источника тока присоединяют вольтметр
с внутренним сопротивлением RV. Показание прибора приближенно совпадает
со значением ЭДС. Действительно, падение
напряжения во внешней цепи (показание
вольтметра)
.
Так как во многих случаях , то . Недостатком этого метода является необходимость применять для измерения ЭДС вольтметр с большим внутренним сопротивлением.
Для более точного измерения ЭДС можно применить компенсационный метод, суть которого в данном случае заключается в компенсации измеряемой ЭДС известной разностью потенциалов.
Из (3.5) имеем, что при I=0,
.
Поэтому отсутствие тока в цепи
гальванометра (рис. 3.2) свидетельствует
о том, что ЭДС исследуемого элемента
компенсирована разностью потенциалов
(падением напряжения) на участке АС. Точность измерений по
данному методу ограничивается в основном
точностью значения эталонной ЭДС и
точностью установки 0 на гальванометре.
Описание экспериментальной установки
Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из трех участков (рис. 3.2), один из которых содержит источник тока с измеряемой ЭДС X или эталонной ЭДС H , гальванометр и подвижный контакт C. Второй участок AB представляет собой реохорд – струну (стальная проволока) с полным сопротивлением R. Третий содержит вспомогательный источник тока с ЭДС .
Рис. 3.2.
Рассмотрим работу электрической цепи при условии, что X и Н. Для определенности будем считать, что в цепь включен сначала испытуемый элемент X. Существует такое положение подвижного контакта реохорда C1, при котором ток в гальванометре отсутствует. Это означает, что разность потенциалов между точками С и А на реохорде равна X:
.
(3.7)
С другой стороны падение напряжение на участке СА . Ток I через реохорд в момент компенсации (IГ=0) рассчитывается по закону Ома:
, (3.8)
где r внутреннее сопротивление источника тока , R – сопротивление реохорда, R1 сопротивление участка реохорда C1.
Из (3.7) и (3.8) находим, что
. (3.9)
С помощью переключателя К2 вместо X включим в цепь эталонный источник Н. Проведя рассуждения, аналогичные вышеизложенным, получим
, (3.10)
где R2 сопротивление участка C2.
Из (3.9) и (3.10) находим, что
.
(3.
11)
Так как струна реохорда однородна, то ее сопротивление
,
где удельное сопротивление струны, L длина струны, S площадь поперечного сечения струны. Следовательно, отношение сопротивлений равно отношению длин участков струны
, (3.12)
где L1 длина участка струны AC1, L2 длина участка AC2.
Подставляя (3.12) в (3.11), получим
. (3.13)
Формула (3.13) позволяет определить ЭДС исследуемого элемента.
Порядок выполнения работы
1. Собрать электрическую цепь согласно рис. 3.2. Включить ключ K1 .
2. Переключателем K2 включить
исследуемый источник тока с электродвижущей
силой X . Перемещением
подвижного контакта реохорда C найти
положение C1 , при котором ток
в гальванометре отсутствует.
Длину
участка струны L1 = AC1 записать
в табл. 3.1.
Таблица 3.1
L1 | L2 | |||||
i | L1i ,см | L1i – <L1> | (L1i – <L1>)2 | L2i ,см | L2i– <L2> | (L2i – <L2>)2 |
1 2 3 | ||||||
<L1 > | Σ(L1i – <L1>)2 | <L2> | Σ(L2i – <L2>)2 | |||
3.
Переключателем K2 подключить
к цепи нормальный элемент с ЭДС Н .
Найти положение подвижного контакта
реохорда C2, при котором ток в
гальванометре равен нулю. Результат
измерения L2 = AC2 записать в
табл. 3.1.
4. Провести измерения последовательно по п.2 и п.3 три раза.
5. Вычислить X по формуле .
6. Вычислить по формуле
, (3.14)
где коэффициент Стьюдента (для надежности = 0,95 и числа измерений N = 3 он равен 2,8).
7. Вычислить по формуле, аналогичной (3.14).
8. Найти относительную ошибку по формуле
,
где значение отношения (относительная ошибка) и значение Н указаны на лабораторном стенде.
9. Определить абсолютную ошибку .
10. Окончательные результаты измерений представить в виде
.
Контрольные вопросы
1.
Что называется электрическим током?
Каковы условия существования тока?
Дайте определение силы и плотности
тока.
2. Вывести закон Ома для замкнутой цепи. Дать определение ЭДС. Какова природа сторонних сил?
3. Почему метод измерения называется компенсационным?
4. От чего зависит сопротивление проводника?
5. Укажите условия отсутствия тока в гальванометре.
Библиографический список
1. Курс физики: Учебник для вузов: В 2 т. Т. 1./ ред. В. Н. Лозовский. – СПб.: Лань, 2007. – § 2.28, 2.30, 2.33, 2.34
2. Савельев, И.В. Курс общей физики в 3-х т. Т. 2 / И. В. Савельев. – М.: Наука, 2005. – § 31, 33, 34, 36.
3. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2001. – § 96, 98, 101.
Генетическое тестирование на синдром Элерса-Данлоса
Синдром Элерса-Данлоса (СЭД) представляет собой группу заболеваний соединительной ткани, которые могут встречаться в семьях. Узнайте о EDS и доступных вариантах генетического тестирования в зависимости от вашего типа EDS.
Что такое синдром Элерса-Данлоса?
Синдром Элерса-Данлоса (EDS) относится к состояниям, которые поражают соединительные ткани в организме, состоящие в основном из коллагена. Коллаген содержится в костях, мышцах, сухожилиях (из которых состоят наши суставы), кровеносных сосудах и кишечнике. Коллаген также сохраняет кожу упругой и эластичной.
Каковы возможные симптомы СЭД?
- Рецидивирующая боль в суставах (повторяющаяся боль в суставах)
- Гипермобильность суставов (слабые или очень гибкие суставы)
- Ортостатическая гипотензия (ощущение дурноты или головокружения при быстрой смене положения)
- Легкий синяк
- Усталость
- Мягкая кожа
- Растяжки (стрии)
- Высокое и узкое небо (небо)
- Синдром раздраженного кишечника (СРК) (заболевание, вызывающее газообразование, боль в животе, диарею и запор)
Как ЭЦП передается в семьях?
Если у одного из родителей (матери или отца) есть EDS, существует 50% (1 из 2) шансов, что у каждого ребенка также будет EDS.
Если у родителя (матери или отца) есть EDS, существует 50% (1 из 2) шансов, что у каждого ребенка также будет EDS.
Для большинства типов EDS существует 50% (1 из 2) шансов, что каждый ребенок родителя с EDS также будет иметь EDS. Не все с СЭД страдают одинаково, даже в одной семье. Это связано с тем, что каждый человек испытывает уникальные симптомы СЭД. Тип ЭЦП не меняется в пределах одного семейства.
Какие существуют типы ЭЦП?
Существует много типов EDS, но вот некоторые из наиболее распространенных:
- EDS Гипермобильность (Тип III). Это самый распространенный тип ЭЦП. Люди с этим типом имеют боль в суставах и ослабленные или очень гибкие суставы.
- EDS Classic (тип I и тип II). Встречается реже, чем Тип III. Люди с этими типами СЭД имеют все симптомы Типа III, а также хрупкую эластичную кожу, широкие рубцы и могут иметь проблемы с сердцем.
- EDS сосудистого типа (тип IV).
Этот тип ЭЦП встречается редко. Люди с типом IV имеют хрупкую кожу, более высокий риск разрыва органов (повреждения их органов) и разрывов кровеносных сосудов.
Этот тип ЭЦП встречается редко. Люди с типом IV имеют хрупкую кожу, более высокий риск разрыва органов (повреждения их органов) и разрывов кровеносных сосудов.Как врачи диагностируют СЭД?
Врачи диагностируют СЭД на основании истории болезни и физического осмотра. Другими словами, ваш генетик (врач-генетик) проведет медицинский осмотр и проверит ваши симптомы, включая ваши суставы и кожу, а также их гибкость. Генетик также изучит вашу историю болезни, а также изучит историю болезни вашей семьи.
Какие есть варианты генетического тестирования на EDS?
Доступность генетического тестирования на EDS зависит от типа EDS, который, по мнению вашего генетика, может быть у вас. Если тестирование доступно, оно может не покрываться медицинской страховкой. Поговорите со своим генетиком или позвоните в свою медицинскую страховку, чтобы узнать, покрывается ли генетическое тестирование:
- Если у вас EDS типа III, генетическое тестирование не проводится, поскольку врачи основывают этот диагноз на медицинском осмотре. Мы не знаем, какой ген (часть вашей ДНК) вызывает большинство случаев этого типа EDS в настоящее время.
- Если у вас есть EDS типа I или типа II, генетическое тестирование обычно доступно посредством анализа крови. Но генетический тест выявляет только около 50% (1 из каждых 2) случаев. Ваш генетик также может диагностировать этот тип EDS без тестирования.
- Если мы думаем, что у вас может быть EDS типа IV, мы обсудим с вами генетическое тестирование гена COL3A1 , который вызывает этот тип EDS.
Мы не знаем, какой ген (часть вашей ДНК) вызывает большинство случаев этого типа EDS в настоящее время.
Ред. 10/2016
Диагностика синдрома Элерса-Данлоса | Центр мозга и позвоночника
Диагноз синдрома Элерса-Данлоса (СЭД) начинается с медицинского осмотра и индивидуального анамнеза, который может выявить любые состояния, связанные с СЭД (например, характер частых травм). Также важно получить семейный анамнез, так как многие типы EDS могут передаваться от родителей к ребенку. Врач, как правило, генетик, проверит суставы на чрезмерную рыхлость, странные рубцы (часто отмечают, что они выглядят как папиросная бумага) и аномальную кожу (рыхлая и эластичная; необычно мягкая и бархатистая).
Существует несколько типов СЭД, и они, как правило, имеют некоторые общие симптомы; признаки СЭД также сходны с особенностями других заболеваний соединительной ткани. Индивидуальные признаки и симптомы, которые выявляются при клиническом физикальном осмотре и анамнезе, в дополнение к результатам следующих тестов, помогут сузить диагноз до конкретного типа синдрома Элерса-Данлоса.
Анализы, используемые для диагностики синдрома Элерса-Данлоса:
Врач может поставить диагноз СЭД на основании осмотра кожи и суставов человека и изучения семейного анамнеза. Тем не менее, генетическое (ДНК) тестирование также может быть назначено для подтверждения EDS или определенного типа, который присутствует, путем точного определения конкретных генов, которые мутировали. (ДНК-тестирование можно провести с помощью простого забора крови.) Не у всех пациентов проводится ДНК-тест, который выявляет лежащую в основе мутацию, и это не исключает СЭД — он исключает только те типы, которые были идентифицированы.
Кроме того, визуализирующие исследования, такие как следующие, часто используются для определения конкретного типа EDS:
Рентгеновские снимки под разными углами можно сравнивать и проверять на наличие изменений по сравнению с прошлыми рентгеновскими снимками, чтобы определить прогрессирование искривление позвоночника, вызванное EDS.
- Рентгенограмма позвоночника в полный рост в прямой проекции выполняется в индивидуальном положении стоя с вытянутыми вперед руками с прямой головой.
- Рентгенограммы при боковых изгибах можно делать сбоку, когда человек наклоняется вбок или назад, чтобы визуализировать заклинивание позвонков.
- Рентгеновские снимки с тракционной пленкой делаются, когда позвоночник человека вытягивается и удерживается в определенном положении; их заказывают лишь изредка.
Компьютерная томография (КТ) — это неинвазивная процедура, в которой используются рентгеновские лучи для получения трехмерного изображения позвоночника.
КТ показывает больше деталей, чем рентген, и может выявить нервы, спинной мозг и любые возможные их повреждения.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует магнитные поля и радиочастотные волны для создания изображения позвоночника, на котором видны диски, нервы, позвоночный канал и другие детали, которые обычно невозможно увидеть на рентгеновском снимке . МРТ также может использоваться для проверки компрессии спинного мозга. Иногда во время теста в вену на руке или предплечье вводят контрастное вещество, которое выделяет определенные ткани и структуры, чтобы сделать детали еще более четкими.
Миелограммы включают краситель, который вводится непосредственно в позвоночник и используется в сочетании с компьютерной томографией.
Электромиограмма и исследования нервной проводимости (EMG/NCS) измеряют электрическую активность нервов и мышц. Они могут выявить повреждение или компрессию нерва, к которым привела СЭД.