Цель работы. Научиться собирать электрические цепи по заданной схеме, подбирать измерительные приборы и практически изучить распределение токов в параллельных ветвях.
План работы.
1.Ознакомиться с токоприемниками и источником тока. Записать напряжение источника.
2. Проверить соответствие измерительных приборов режимам, которые будут в цепи.
3.Собрать цепь (рис.5), сделать необходимые измерения, результаты записать в таблицу 4.
4. Провести вычисления, сравнить результаты и сделать выводы.
Таблица 4
№ п/п | Измеряются | Вычисляются | ||||||||
U | I1 | I2 | I3 | I | R1 | R2 | R3 | g | ∑I | |
в | а | а | а | а | ом | ом | ом | сим | а | |
Пояснения к работе. Оценив сопротивления токоприемников и зная напряжения источника тока, определить ориентировочно значение тока в каждом токоприемнике. Если он не превосходит допустимой для данного токоприемника величины, выбрать амперметр с таким расчетом, чтобы найденный ток составлял 80—90% номинального тока амперметра. Если же найденный ток превосходит допустимый, то амперметр подбирать по току, допустимому для данного участка. Так же подобрать амперметры для других участков.
|
|
Амперметр в неразветвленном участке и реостат подобрать по сумме токов в участках. Сопротивление реостата выбрать, как и в предыдущих работах.
После сборки цепи и проверки ее руководителем ввести реостат полностью и подключить цепь к источнику тока. Сопротивление реостата уменьшать до тех пор, пока ток в одном из токоприемников не достигнет максимально допустимой величины или реостат не окажется полностью выведенным.
.
Рис. 5. Параллельное соединение сопротивлений.
Показания приборов, соответствующие этому положению движка реостата, записать в таблицу4. Эти измерения повторить дважды при меньших значениях тока.
По результатам измерений подсчитать сопротивления токоприемников, проводимость всей цепи (по показаниям приборов), сумму токов в участках и их средние значения по результатам проведенных опытов. Сделать вывод, в каком сопротивлении течет наибольший ток. Проверить уравнения I= I1 + I2 + I3; g = , При наличии расхождений объяснить их причины.
Дополнительный материал к работе.
Параллельное соединение сопротивлений. Параллельным называют такое соединение, при котором начала всех сопротивлений соединены в одной точке, концы — в другой, а ток разветвляется по отдельным сопротивлениям (рис.5). Параллельная цепь обладает следующими свойствами.
1. Напряжение на параллельно соединенных участках одно и то же, то есть U1 = U2 = U3=U, так как все параллельно соединенные участки подсоединены к одним и тем же зажимам А и В, напряжение между которыми и является напряжением на отдельных участках.
|
|
2. Сумма токов отдельных ветвей равна току до разветвления, то есть I = I1 + I2 + I3- Это свойство объясняется тем, что электроны в узловой точке накапливаться не могут.
3. Токи в параллельных ветвях обратно пропорциональны, величинам сопротивлений этих ветвей.
На основании закона Ома, для первого участка:
I1 =
Аналогично для второго и третьего участков:
I2 = и I3 =
Отсюда, разделив первое уравнение на второе, а второе на третье, получим:
после сокращения правых частей уравнений на U
4. Эквивалентная проводимость параллельной цепи равна сумме проводимостей отдельных параллельных ветвей.
Действительно, согласно закону Ома для участка цепи и на основании второго свойства,
После сокращения обеих частей уравнения на U
или
g = g1 + g2 + g3,
где g—эквивалентная проводимость параллельной цепи;
R — эквивалентное сопротивление параллельной цепи.
Если параллельно соединены два сопротивления, то
Откуда
R=
Таким образом, эквивалентное сопротивление параллельной цепи подсчитывают через проводимость, и лишь в случае параллельного соединения двух сопротивлений можно воспользоваться последней формулой.
Смешанное соединение сопротивлений. Смешанным называется такое соединение, при котором часть сопротивлений, входящих в цепь, соединена последовательно, а часть — параллельно.
Рис. 6. Схема цепи со смешанным соединением сопротивлений.
Видов смешанных соединений может быть очень много. На рисунке 6 изображена смешанная цепь, которая представляет собой три последовательных участка, соединенных параллельно.
Конкретного способа решения смешанных цепей указать нельзя из-за их большого разнообразия, но в общем случае сначала е следует решить последовательно соединенные участки, а потом — параллельные или наоборот.
Напряжение на зажимах внешнего участка U=IR=4·4=16в
Ток в верхней ветви
I1=
Ток в средней ветви
I2=
Ток в нижней ветви
I3=
Падение напряжения внутри генератора U0=E—U=24—16=8 В.
Технологическая карта№4
Измерение работы и мощности в цепи постоянного тока.
Цель работы – ознакомиться с методами измерения работы и мощности в цепи постоянного тока и научиться для этой цели правильно включать в цепь электроизмерительные приборы.
Пояснение. Если ламповый реостат с сопротивлением R находиться под напряжением U, и по нему проходит ток, то за время t в нем выделяется энергия, которую можно подсчитать по формуле:
W=IUt=U2 t\ R=I2 R t
Мощность – это работа (энергия) совершенная в единицу времени
P = W / t.= I * U
Измеряют мощность ваттметром. Для измерения мощности постоянного тока достаточно вольтметра и амперметра. Для измерения работы электрического тока применяют счетчик электрической энергии. Счетчики измеряют работу в киловатт – часах.
Работу электрического тока можно определить, измеряя мощность вольтметром и амперметром, а время секундомером.
Оборудование и аппаратура.
амперметр постоянного тока на 3А | 1шт. |
Вольтметр постоянного тока на 150 В. | 1 шт. |
Патроны с лампочками накаливания 110 В, 100Вт. | 3 шт. |
Провода соединительные площадью сечения 1,5 мм2 длиной 1,5 м | 9шт. |
Рубильник двухполюсный на 25 А, 250В | 1шт. |
Источник постоянного тока напряжением 115 В. |
Порядок выполнения работы.
|
|
1.Ознакомиться со схемой измерения и приборами.
2.Собрать схему (рис 7 а), подключить ее к сети, и записать показания приборов в таблицу.
3. Вычислить мощность и энергию (работу)
4. Собрать схему (рис 7 б), включить ее в сеть и записать показания в
таблицу.
5. Вычислить мощность и энергию.
6.Составить отчет.
а б
Рис7. Измерение мощности в цепи постоянного тока при включении потребителей:
а – последовательно б - параллельно
соединенение | измерено | вычислено | ||||
I. А. | U. В. | R. Ом | P. Вт. | t. с | W. дж. | |
Последователь- ное | ||||||
Параллельное |
Содержание отчета.
1. Наименование отчета.
2. параметры электроизмерительных приборов.
3. Электрические схемы измерения работы и мощности.
4. Таблица с измеренными и вычисленными величинами.
5. Формула для вычисления работы и мощности в цепи постоянного тока.
Контрольные вопросы.
1. Что такое работа и мощность в электрической цепи, и в каких единицах их измеряют?
2. Какими приборами измеряют мощность постоянного тока?
3. Какими приборами, и в каких единицах измеряют электрическую энергию?
Дополнительный материал к работе.