基于電流熱效應(yīng)談電流的測量

沈陽航空航天大學 遼寧 沈陽 110136

引言

本實驗設(shè)計一個通過電流熱效應(yīng)來測量電流的裝置，通過電流的熱效應(yīng)可以測功率或熱能，本次實驗通過測量熱能的多少來測量電流的大小，通過實驗分析實驗裝置的準確性、精密性以及局限性。

1 預實驗

本部分內(nèi)容主要描述如何設(shè)計預實驗，預實驗觀察到了哪些現(xiàn)象，與題中描述的現(xiàn)象是否一致。此外，需要談一談設(shè)計這樣一個預實驗有哪些目的，對后續(xù)的研究有怎樣的指導意義[1]。

對于實驗裝置，首先要確定它是否具有測量可行性的能力，通過測量水的比熱容與實際比熱容相比較，初步驗證本實驗裝置測量的可行性。

圖1 預實驗擬合曲線

通過以上實驗初步驗證本實驗裝置測量相關(guān)物理量的可行性，即可以用來進行電流的測量。通過實驗以比熱容誤差在%1左右，求取比熱容最佳質(zhì)量區(qū)間【156 165.4】，然后進行測電流實驗。

2 理論分析

當一個孤立的熱學系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，它有一初溫。當該系統(tǒng)吸收外界一定熱量后，它又處于一個新的平衡態(tài)時，有一末溫。如果該系統(tǒng)中沒有發(fā)生化學變化和相變，那么該系統(tǒng)獲得的熱量為

式中m 為所測水的質(zhì)量，c為水的比熱容；

實驗裝置用自制電阻式加熱設(shè)備加熱，當加熱電阻絲R兩端加上恒定電源，在一定時間t內(nèi)則系統(tǒng)放出的熱量為；

通電前后測得水的初溫和未溫分別為和[2]，在測量中沒有熱散逸的情況下有：

3 實驗驗證

3.1 實驗裝置

圖2 實驗裝置

3.2 實驗流程

圖3 實驗測量流程圖

實驗測量流程圖如圖3所示，首先打開實驗裝置，連接好所測電流的支路，并對裝置進行初始化，接下來完成初始溫度以及液體質(zhì)量的測量，判斷繼電器是否開通，開通并開始計時，實驗裝置開始運行，一定時間后，判斷繼電器是否關(guān)斷，關(guān)斷即為停止加熱并停止計時，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并給單片機，通過LED顯示，然后返回[3]。

3.3 實驗數(shù)據(jù)

3.4 實驗數(shù)據(jù)處理

將上圖表1的數(shù)據(jù)以t為橫坐標，ΔT為縱坐標，繪制出如圖一的曲線

圖4 ΔT-t擬合曲線圖

加熱電阻絲兩端的電壓U=8.03V，水的質(zhì)量m=160.1g，電阻R=6.0Ω，比熱容c=4.186Kkj/(kg*℃)[4]

I(理論)=U/R=8.03/6.0=1.34(A)

3.5 誤差分析

主要誤差有儀器誤差：測量質(zhì)量，電阻時儀器顯示位數(shù)只有一位有效數(shù)字，造成一定的系統(tǒng)誤差；繼電器的開通關(guān)斷需要一定的時間，造成時間測量上的系統(tǒng)誤差；比熱容以常值計算引起的附加誤差；計算公式中的R未考慮導線中的電阻，造成理論上的誤差；溫度傳感器顯示示數(shù)時的跳動造成隨機誤差，讀數(shù)時讀取及格跳變值求取平均值[5]。

由excll求得，決定系數(shù)R2=0.999

殘差平方和RSS=0.998

4 結(jié)束語

該實驗裝置在特定的區(qū)間內(nèi)，由誤差分析知它能通過電熱效應(yīng)相對較好的測量出電流的大小。測量較均勻，隨機誤差分布范圍窄，測得的值密集、精確度高。局限性；考慮到實驗裝置的散熱，將加熱時間控制在三分鐘以內(nèi)?？紤]到比熱容的相對誤差在1%左右，選取區(qū)間范圍較窄。

對未來的展望；對每一個物理量進行更精確的測量，改進實驗裝置的保溫性，拓展實驗裝置的測量區(qū)間，查閱資料確定減少和消除產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的根源以及消除誤差引進的修正方法[6]。