Порядок выполнения работы

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА С ОСНОВАМИ ЭЛЕКТРОНИКИ

Лабораторная работа №1 по теме «Сборка цепей и исследование схем соединения резисторов»

Для учащихся машиностроительного отделения по специальности

Металлорежущие станки и инструменты»

 

БРЕСТ  сентябрь 2012

Составил: Литовчик Елена Борисовна, преподаватель электротехники УО «Брестский государственный политехнический колледж»

Комплексно- методическое обеспечение рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии машиностроительных дисциплин.

Протокол № _____от «___»____________2012 г.

Председатель_______________ / Омельянюк В.М./

 

 

Лабораторная работа №1

 

Тема: Сборка цепей и исследование схем соединениярезисторов

 

Цель работы. 1. Практически убедиться в физической сущности закона Ома для участка цепи и всей цепи. 2. Изучить соотношения между токами и на­пряжениями при последовательном, параллельном и смешанном соединении резисторов и определить сопротивление электрической цепи. 3. Проверить опытным путем законы Кирхгофа.

 

Общие теоретические положения. Расчет и анализ любых электрических цепей может быть произведен с помощью основных законов электрических це­пей: закона Ома, первого и второго законов Кирхгофа.

Как показывают опыты, ток на участке цепи прямо пропорционален на­пряжению на этом участке и обратно пропорционален сопротивлению того же участка. Эта зависимость известна как закон Ома: I=U/R. Закон Ома справедлив для линейных цепей (R=const).

Рассмотрим полную цепь (рис. 1.1). Ток в этой цепи определяется по фор­муле I=Е/(r₀+R₁+R₂+R₃). Это соотношение называют законом Ома для всей цепи: сила тока в электрической цепи с одной ЭДС прямо пропорцио­нальна этой ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

Согласно первому закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в любой узловой точке электрической цепи, равна нулю: Σ I=0. Например, для узла А (рис. 1.2) I₁+I₂+I₃-I₄-I₅=0.

Согласно второму закону Кирхгофа, в любом замкнутом контуре элект­рической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме на­пряжений навсех резистивных элементах контура: ΣE=Σ IR. Для элект­рической цепи рис. 1.1 по второму закону Кирхгофа можно написать E=Ir₀+I(R₁+R₂+R₃).

На практике производят расчет цепей с различными схемами соединения приемников. Если приемники соединены так, что по ним проходит один и тот же ток, то такое соединение приемников называется последовательным (рис. 1.3). Следовательно, ток на отдельных участках последовательной цепи имеет одинаковое значение: I₁=I₂=…=I_n=I. Сумма падений напряже­ний на отдельных участках равна напряжению всей цепи: U=I₁R₁+I₂R₂+…+InRn=I(R₁+R₂+…+Rn). Напряжение цепи можно предста­вить как U=IRэкв, где Rэкв — эквивалентное (общее) сопротивление всей цепи. Следовательно, IRэкв=I(R₁+R₂+…+Rn). Сократив обе части ра­венства на I, получим Rэкв=R1+R2+…Rn. Общее сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных резисторов равно сумме сопротивлений этих резисторов.               

Параллельным называется такое соединение приемников, при котором соединяются между собой как условные начала приемников, так и их концы (рис. 1.4). Для параллельного соединения характерно одно и то же напряже­ние на выводах всех приемников: U₁=U₂=…=Un=U. Согласно перво­му закону Кирхгофа, I=I₁+I₂+…+In, а согласно закону Ома мож­но записать I=U/Rэкв, I₁=U/R₁, I₂=U/R₂; …, In=U/Rn. Тогда U/Rэкв=U/R₁+U/R₂+…+U/Rn. Сокращая обе части равенства на U, получаем формулу подсчета эквивалентной (общей) проводимости: 1/Rэкв=1/R₁+1/R₂+…1/Rn или g=g₁+g₂+…+g_n.

Смешанным или последовательно-параллельным называется такое соеди­нение приемников, при котором на одних участках электрической цепи они со­единяются параллельно, а на других — последовательно. При расчете элект­рических цепей со смешанным соединением приемников используются соот­ношения как для последовательного, так и параллельного соединения.

 

Приборы и оборудование: источник электрической энергии, три реостата, четыре амперметра магнитоэлектрической системы, многопредельный вольт­метр магнитоэлектрической системы, однополюсный выключатель, соедини­тельные провода.

Порядок выполнения работы

Проверка закона Ома для участка цепи и всей цепи

1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

2. Собрать электрическую схему согласно рис. 1.5. Установить движок реостата в среднее положение. Включить источник питания.

3. Измерить ток и напряжение на внешнем участке цепи. Измерить ЭДС

источника, разомкнув цепь питания и подключив вольтметр к зажимам источ­ника.

4. Определить сопротивления внутрен­него и внешнего участков цепи, используя уравнения r₀=(E=U)/I, R=U/I. Дан­ные занести в табл. 1.1 (опыт 1).

5. Передвинув движок реостата, пов­торить опыт, данные наблюдений и результаты вычислений записать в табл. 1.1 (опыт 2).

Таблица 1.1

Номер опыта	Данные наблюдений			Результаты вычислений
	E, B	I, λ	U=IR, B	R, Ом	r0, Ом	I выч, А	U0=Ir0, B
1
2

Исследование цепи при последовательном соединении резисторов

1. Собрать электрическую схему рис. 1.6. С помощью амперметра изме­рить ток в цепи, с помощью вольтметра — падение напряжений на отдельных ее участках для двух положений движков реостатов.

2. Вычислить Rэкв=Uобщ/I, R₁=U₁/I, R₂=U₂/I, R₃=U₃/I, R’экв=R₁+R₂+R₃, U’общ=U₁+U₂+U₃. Данные наблюдений и ре­зультаты вычислений записать в табл. 1.2.

 

Исследование цепи при параллельном соединении резисторов

1. Собрать электрическую схему рис. 1.7. Измерить токи и напряжения для двух положений движков реостатов.

2. Используя данные наблюдений, вычислить Rэкв=U_общ/I_общ, R₁=U₁/I₁, R₂=U₂/I₂, R₃=U₃/I₃; g₁=1/R₁, g₂=1/R₂, gn=1/R₃, g_экв=1/Rэкв; q’экв=g₁+g₂+g₃. Данные наблюдений и результаты вы­числений записать в табл. 1.3.

 

 

Таблица 1.2

Номер опыта	Данные наблюдений					Результаты вычислений
	Uобщ, В	U1. В	U2, В	U3, В	I, А	Rэкв, Ом	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R’экв, Ом	U’общ, В
1
2
3

 

 

Таблица 1.3

Номер опыта

Данные наблюдений

Результаты вычислений

Uобщ, В

I1, А

I2, А

I3, А

Iобщ, А

Rэкв, Ом

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

q1, См

q2, См

q3, См

qэкв, См

q'экв, См

1

2

3

 

Таблица 1.4

Номер опыта

Данные наблюдений

Результаты вычислений

Uобщ, В

U1, В

U2, В

U3, В

Iобщ=I1, А

I2, А

I3, А

Rэкв, Ом

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

R’экв, Ом

1

2

3

 

Исследование цепи при смешанном соединении резисторов, проверка законов Кирхгофа

1. Собрать электрическую схему рис 1.8. Измерить токи и напряжения для двух положений движков реостатов.

2. Произвести вычисления: Rэкв=U_общ/I_общ; R₁=U₁/I₁; R₂=U₂/I₂; R₃=U₃/I₃; Rэкв=R₁+R₂R₃/(R₂+R₃). Данные наблюдений и результаты вычислений занести в таб.1.4.

Используя данные наблюдений и результаты вычислений табл. 1.1, 1.4, проверить справедливость первого и второго законов Кирхгофа.

Составить отчет по результатам выполненной работы.

 

Контрольные вопросы.

1. Сформулировать и пояснить физический смысл законов Ома для участка цепи и полной цепи.

2. В чем сходство и различие закона Ома для участка цепи и всей цепи?

3. Объяснить и привести формулы частных случаев закона Ома для участка цепи.

4.Почему при определении ЭДС источника тока с помощью вольтметра необходимо разомкнуть цепь?

5. Что физически выражает первый закон Кирхгофа?

6. Сформулируйте второй закон Кирхгофа и поясните его физический смысл.

7. Приведите примеры электрических схем для объяснения первого и второго законов Кирхгофа.