Лабораторная работа (вводная)

Ознакомление с порядком выполнения лабораторных работ в аудитории теоретических основ электротехники, аппаратурой и электроизмерительными приборами.

1. Цель работы

Ознакомление с техникой безопасности при работе в аудитории теоретических основ электротехники, с устройствами лаборатории и лабораторного стенда, с аппаратурой и измерительными приборами, с условными обозначениями их на схемах электрических цепей, с правилами отсчета показаний электроизмерительных приборов. Учащийся должен получить также общее представление о сборке электрической цепи.

2. Время, отводимое на работу

На выполнение данной работы отводится 2 академических часа.

3. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомиться с правилами техники безопасности.

2. Изучить аудиторию и лабораторный стенд. Записать технические характеристики измерительных приборов и других элементов лабораторного стенда в таблицы 1в и 2в.

Таблица 1в

Паспортные данные приборов и оборудования

№ п/п	Наименование	Система	Тип	Класс точности	Пределы измерений	Примечание

3. Изучить стандарты 2.702-75. Правила выполнения электрических схем, 2.722-68, 2.723-68, 2.725-68, 2.756-76. Обозначения условные графические, применяемые в электрических схемах. Обозначения условные буквенно-цифровые, применяемые в электрических схемах.

4. Измерить ЭДС всех источников, определив предварительно цену деления вольтметра.

Таблица 2в

Приборы и оборудование лабораторного стенда

Наименование	Условное графическое обозначение	К-во	Система, класс точности, предел измерений, техническая характеристика
1. Амперметр 2. Вольтметр 3. Ваттметр 4. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) 5. Батарея конденсаторов 6. Магазин сопротивлений 7. Катушка индуктивности 8. Катушка с ферромагнитным сердечником 9. Диод 10. Блок постоянного напряжения 11. Блок переменого напряжения 12. Лампа накаливания
Продолжение табл. 2.в
13. Автоматический выключатель 13. Тумблер

5. Изучить элементы электрической цепи и правила ее сборки и ответить на контрольные вопросы.

6. Собрать неразветвленную электрическую цепь с последовательным включением резистора, лампы накаливания и катушки (с амперметром и вольтметрами).

ВНИМАНИЕ! Включать схему под напряжением без разрешения преподавателя запрещается!

4. УКАЗАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

По лабораторной работе сделать заключение относительно:

· соблюдения правил безопасности при работе в лаборатории;

· назначения элементов, составляющих электрическую цепь;

· последовательности действий при сборке цепи.

В отчете привести примеры вычерчивания элементов электрических схем (резисторов, катушек индуктивности, емкостей, амперметров, вольтметров, источников ЭДС, коммутирующих аппаратов) с учетом действующих стандартов.

Заключение записать в отчет.

Контрольные вопросы

5.1. Что называется электрической цепью?

5.2. Из каких элементов состоит электрическая цепь и каково их назначение (нарисовать несложную электрическую цепь на доске)?

5.3. Что называется узлом, ветвью электрической цепи?

5.4. Каков порядок сборки электрической цепи?

5.5. Как поступить, если стрелка амперметра (вольтметра) с односторонней шкалой отклоняется влево от нулевой отметки, если вправо от последнего деления (зашкаливает)?

5.6. Начертить схему включения ваттметра.

5.7. Как поступить, если стрелка ваттметра отклоняется влево от нулевой отметки?

Лабораторная работа № 1

Исследование электрических цепей с последовательным,

параллельным и смешанным соединением потребителей

1.1. Цель работы

Опытная проверка законов Ома и Кирхгофа и приобретение навыков расчета разветвленных электрических цепей.

1.2. Приборы и оборудование

Для выполнения лабораторной работы используются следующие приборы и оборудование:

- аккумуляторная батарея на 12 В;

- вольтметры магнитоэлектрической системы с пределом измерений до 100 В – 2 шт.;

- амперметры магнитоэлектрической системы с пределом измерений

2 А – 2 шт.;

- резисторы – 3 шт.

1.3. Время, отводимое на работу

На выполнение данной работы отводится 2 академических часа.

1.4. Основные теоретические положения

Если к неразветвленной электрической цепи постоянного тока (рис.1.1) приложено напряжение U, то по этой цепи протекает ток I.

Схема последовательного соединения потребителей

Рис.1.1

Согласно второму закону Кирхгофа для электрических цепей постоянного тока алгебраическая сумма напряжений на ветвях, образующих контур, равна нулю. Для приведенной схемы

U₁+U₂+U₃–U=0 или U=U₁+U₂+U₃. (1.1)

Отсюда напряжение на входе электрической цепи постоянного тока равно алгебраической сумме падений напряжения на отдельных ее участках.

Из закона Ома

; ; ; . (1.2)

Подставив (1.2) в (1.1) и разделив обе части уравнения (1.1) на общий для всей цепи ток I, получим общее (эквивалентное) сопротивление электрической цепи при последовательном соединении потребителей:

R_Э = R₁+R₂+R₃. (1.3)

Следовательно, общее (эквивалентное) сопротивление всей электрической цепи равно сумме сопротивлений последовательно соединенных потребителей.

Из выражений (1.2) также следует, что наибольшим является падение напряжения на наибольшем из последовательно соединенных сопротивлений.

Если к разветвленной электрической цепи рис.1.2 приложено напряжение U, то ток I, генерируемый источником питания, разветвляется по параллельным ветвям. В результате в ветвях протекают токи I₁, I₂, I₃.

Схема параллельного соединения потребителей

Рис.1.2

Согласно первому закону Кирхгофа для электрических цепей постоянного тока алгебраическая сумма токов в ветвях, образующих узел, равна нулю.

I - I₁ - I₂ - I₃ = 0 или I = I₁ + I₂ + I₃. (1.4)

Из закона Ома

, , ,

или, если учесть, что

, , , ,

то можно получить

, , , . (1.5)

Подставив (1.5) в (1.4) и разделив обе части уравнения (1.4) на общее напряжение U, получим общую (эквивалентную) проводимость электрической цепи при параллельном соединении потребителей:

(1.6)

Следовательно, общая (эквивалентная) проводимость всей электрической цепи равна сумме проводимостей параллельно соединенных потребителей.

Из выражения (1.5) также следует, что в силу обратной пропорциональности токов и сопротивлений в параллельных ветвях, наименьший ток протекает в ветви с наибольшим сопротивлением.

Для электрической цепи рис.1.3 со смешанным соединением потребителей можно составить уравнения как по первому, так и по второму законам Кирхгофа:

U₁ + U₂ – U = 0 или U = U₁ + U₂;

I₁ – I₂ – I₃ = 0 или I₁ = I₂ + I₃.

Смешанное соединение потребителей

Рис.1.3

1.5. Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы требуется соблюдать общие правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ в лаборатории ТОЭ.

1.6. Программа и методика выполнения работы

1. Изучить разделы курса ТОЭ, в которых рассматриваются законы Ома и Кирхгофа для линейных электрических цепей.

2.Ознакомиться с приборами и оборудованием, записать их паспортные данные в табл. 1в.

3. Собрать электрическую цепь по схеме рис.1.4. После проверки ее преподавателем включить питание. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1.1. Убедиться в справедливости второго закона Кирхгофа для данной цепи.

Схема электрической цепи при экспериментальном исследовании

последовательного соединения потребителей

Рис.1.4

Таблица 1.1

Результаты измерений	Результаты вычислений
U	U1	U2	U3	I	R1	R2	R3	R1+R2+R3	R=U/I	U=U1+U2+U3
В	В	В	В	А	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	В

4. Собрать электрическую цепь по схеме рис.1.5. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1.2. Убедиться в правильности первого закона Кирхгофа для данной цепи.

Схема электрической цепи при экспериментальном исследовании

параллельного соединения потребителей

Рис.1.5

Таблица 1.2

Результаты измерений	Результаты вычислений
U	I	I1	I2	I3	R1	R2	R3	I / U		I = I1+I2+I3
В	А	А	А	А	Ом	Ом	Ом	См	См	А

Проверить равенство проводимостей.

5. Собрать электрическую цепь по схеме рис.1.6. Результаты измерений и вычислений записать в табл.1.3. Убедиться в правильности законов Кирхгофа для данной цепи.

Таблица 1.3

Результат измерений

Результат вычислений

U

U1

U2

I1

I2

I3

U1+U2

I1+I2

R1

R2

R3

RЭ= U / I1

В

В

В

А

А

А

В

А

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Схема электрической цепи при экспериментальном исследовании

смешанного соединения потребителей

Рис.1.6

6. Выполнить индивидуальное задание № 1 (см. Приложение). Номер варианта принимается по заданию преподавателя.

1.7. Обработка опытных данных

По данным каждого опыта вычислить сопротивления резисторов R_{1 ,} R_{2 ,} R_{3 .} Проанализировать результаты каждого опыта – с помощью опытных данных подтвердить законы Ома и Кирхгофа.

1.8. Указания к оформлению отчета

Отчет должен содержать: электрические схемы рассматриваемых цепей; таблицы приборов, опытных и расчетных данных; формулы для расчетов; уравнения по законам Кирхгофа и Ома; выводы (анализ результатов экспериментов). К отчету прилагается выполненное индивидуальное задание №1.

1.9. КОНТРОЛЬНЫЕ Вопросы

1. Почему на практике получило преимущественное распространение параллельное подключение потребителей?

2. В которой из электрических цепей (рис.1.1, 1.2, 1.3) потребляется наибольшая мощность при одинаковых сопротивлениях и входном напряжении? Почему?

3. Какими соображениями необходимо руководствоваться при выборе пределов измерений амперметров и вольтметров в схемах рис.1.1, рис.1.2, рис.1.3?

4. Сформулируйте законы Кирхгофа. Составьте систему уравнений по законам Кирхгофа для схемы рис.1.3.

5. Сформулируйте закон Ома. Как с его помощью рассчитать сопротивления резисторов в схемах рис.1.1, 1.2, 1.3?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2