Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов


Скачать 110.41 Kb.
НазваниеИсследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов
Дата публикации20.07.2013
Размер110.41 Kb.
ТипИсследование
userdocs.ru > Физика > Исследование

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1


ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ РЕЗИСТОРОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ


  1. Приобрести навыки сборки простейших электрических цепей.

  2. Научиться пользоваться электроизмерительными приборами.

  3. Закрепить теоретические сведения о методах анализа электрических цепей с последовательным и параллельным соединением потребителей

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


Электрической цепью называют совокупность источников и потребителей электрической энергии, соединенных между собой с помощью проводников. В данной работе исследуется электрическая цепь с одним источником ЭДС. В качестве потребителей электрической энергии в работе использованы резисторы.

Н


Рис.1
апряжение U на зажимах резистора с сопротивлением R(рис.1) и ток, походящий через него, связаны законом Ома I = U/R

Наряду с законом Ома при анализе электрических цепей используют первый и второй закон Кирхгофа.

Формулировка первого закона Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в любой узле электрической цепи, равна нулю.

Формулировка второго закона Кирхгофа в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжений, равна алгебраической сумме ЭДС.

Последовательным соединением элементам или участков электрической цепи называется соединение, при котором по цепи проходит один и тот же ток, т.е. к концу каждого предыдущего элемента подключается н


Рис.2
ачало следующего (рис.2). Такой участок электрической цепи называется ветвью. Общее напряжение на участке с последовательным соединением элементов равно сумме напряжений на каждом элементе. Например, для схемы, представленной на рис.2: U=U1+U2+U3+U4

В соответствии с законом Ома для отдельных элементов и для всей цепи

R1=U1/I; R2=U2/I; R3=U3/I; R4=U4/I.

Rэк=U/I=R1+R2+R3+R4

При заданных значениях общего напряжения U и сопротивлений всех элементов анализ последовательной цепи проводят в следующем порядке:

а) определяют эквивалентное сопротивление всей цепи: Rэк=R1+R2+R3+R4

б) по закону Ома находят ток в цепи: I=U/Rэк

в) рассчитывают напряжения на каждом элементе: U1=R1I; U2=R2I; U3=R3I; U4=R4I;

г) проверяют выполнение равенства U=U1+U2+U3+U4

Параллельным соединением элементов (или участков) электрической цели называется соединение, при котором элементы (участки) подсоединяются к одной паре узлов, т.е. находятся под одним и тем же напряжением, Пример схемы цепи с параллельным соединением участков представлен на рис.3. При параллельном соединении общий ток цепи I , т.е. ток, проходящий через источник, связан с токами I1 и I2 первым законом Кирхгофа: I=I1+I2.

П


Рис.3
ри анализе параллельной цепи удобно пользоваться понятием проводимости G, являющейся величиной, обратной сопротивлению, т.е. G=1/R. Единица измерения проводимости – сименс (См).

В соответствии с законом Ома проводимости каждой из ветвей G1 и G2, а также эквивалентная проводимость всей цепи Gэк (рис.3) определяются формулами: G1=I1/U; G2=I2/U; Gэк=I/U=G1+G2; где Gэк=1/Rэк; G1=1/(R2+R3); G2=1/(R5+R6).

Характерной особенностью параллельной цепи является то, что режим работы любой ветви не зависит от параметров других ветвей, поэтому параллельное соединение является основным способом подключения потребителей к электрической сети.

При заданной величине напряжения U , приложенной к цепи, ее анализ сводится и расчету каждой из ветвей в отдельности, т.е.

I1=U/(R2+R3)=UG1; I2=U/(R5+R6)=UG2.

и определению общего тока I по первому закону Кирхгофа.

Если известны величина общего тока I и сопротивления всех элементов, то рассчитывать данную цепь необходимо в следующем порядке:

а) вычислить проводимости каждой ветви G1 и G2;

6) определить эквивалентную проводимость цепи gэк;

в) по известному значению тока I в соответствии с законом Ома

для всей цепи найти напряжение U=I/Gэк;

г) рассчитать токи в ветвях по закону Ома: I1=UG1;I2=UG2;

д) проверить правильность расчета по первому закону Кирхгофа. Если по участку электрической цепи с сопротивлением R проходит ток I, создающий на этом участке падение напряжения U, выделяемая здесь активная мощность Р определяется выражением P=UI=I2R=U2/R

Например, для цепи, представленной на рис.2, мощность, рассеиваемая на резисторе R2: P2=U2I=IR22=U22/R2.

Д


Рис. 4
ля измерения электрических параметров цепи (тока, напряжения, сопротивления) используются электроизмерительные приборы.

Сила тока в цепи измеряется амперметром, включаемым последовательно с тем участком цепи, где необходимо измерить силу тока

А


Рис.5

мперметр обладает очень малым внутренним сопротивлением, поэтому его включение практически не изменяет сопротивление цепи.

Напряжение на некотором участке электрической цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно тому участку цепи, на котором измеряется напряжение (рис.5). Вольтметр имеет очень большое внутреннее сопротивление, поэтому иго подключение не влияет на режим работы цепи.

Д


Рис.6
ля измерения сопротивления используется омметр. Этот электроизмерительный прибор содержит собственный источник питания. Его входные клеммы подключаются к той паре точек электрической цепи, между которыми измеряется сопротивление (рис.6) Цепь при этом обязательно должна быть обесточена. Перед использованием прибора должна быть произведена установка его на нуль.

^ ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования являются последовательная и параллельная цепи, состоящие из резисторов R1-R6, смонтированных на плате №4. Указанные на схеме стенда соединения выполнены при монтаже стенда. В качестве последовательной цепи берется цепь, состоящая из элементов R1, R2, R3, R4, а в качестве параллельной цепи - цепь, состоящая из двух ветвей, одна из которых включает в себя последовательно соединенные R2 и R3 , a другая - R5 и R6.

Источником питания служит источник постоянного тока с регулируемой величиной ЭДС. Выходные гнезда источника расположены на центральной панели стенда и обозначены "+" и "-". Внутреннее сопротивление источника не учитывается, т.е. источник ЭДС полагается идеальным.

В качестве электроизмерительных приборов используются многопредельные миллиамперметры Э377, а также цифровой или стрелочный многопредельный электронный вольтметр. Выбор прицела измерения миллиамперметра осуществляется нажатием одной из клавиш, размещенных под прибором. Цифра под клавишей указывает предел измерения в миллиамперах.

ПОРЯДОК ^ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Исследование последовательной электрической цепи.

1.1. Собрать последовательную цепь в соответствии с рис.7.

1.2. После проверки цепи преподавателем подать на нее напряжение, для чего на плате №3 левой панели стенда поставить тумблер ВЗ-1 в положение "Вкл", а тумблер БЗ-2 - в положение П и включит тумблеры В1 и В2 на центральной панели стенда.

1.3. Подключив вольтметр к гнездам а и f, с помощью ручки "Рег. Uвх" на плате №3 установить указанную преподавателем величину

напряжения Uaf и записать ее в табл.1.

1.4. Записать в табл.1 показания амперметра, измеряющего ток I в цепи.

1.5. Измерить с помощью вольтметра напряжения на каждом резисторе R1 -R4, а также Uaf и записать их значения в табл.1.

1.6. Снять напряжение, отключив тумблеры BI и В2 и отсоединить цепь от гнезд "+" и " – " источника питания.

1.7. Используя электронный измерительный прибор в режиме омметра измерить сопротивление каждого резистора, а также Raf, Результаты записать в табл.1.

2. Исследование параллельной электрической цепи.

2.1. Собрать параллельную цепь в соответствии с рис.8. 2.2, После проверки схемы преподавателем подать на нее напряжение, включив тумблеры BI и В2.

2.3. Подключив вольтметр к гнездам "+" и "-" источника питания, с помощью регулятора напряжение установить заданную преподавателем величину напряжения U и записать ее в табл.2.

2.4. Измерить токи I,I1,I2 и записать их значения в табл.2.
^

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА


1. Для последовательной цепи

1.1. Используя закон Ома рассчитать значений сопротивлений R1, R2, R3, R4 и Raf . Результаты занести в табл.З.

1.2. Вычислить мощность на каждом резисторе и мощность всей цепи. Результаты занести в табл.3.

1.3. Расчетным путем определить ток I и напряжения на каждом резисторе U1-U4, считая известным напряжение Uaf и сопротивлений R1-R4 (значения Uaf и R1-R4, взять из табл.1)

2. Для параллельной цепи

2.1. Записать уравнение по первому закону Кирхгофа для узла "B" и проверить соответствие ему экспериментальных данных.

2.2. Используя закон Ома, вычислить проводимости G1 и G2 эквивалентную проводимость всей цепи Gэк и эквивалентное сопротивление Rэк. Результаты записать в табл.4.
^

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ


1. Дать определение электрической цепи.

2. Что называется последовательным и параллельным соединением? Привести примеры.

3. Сформулировать закон Ома и законы Кирхгофа.

4. Как связаны общее напряжение, приложенное к последовательной цепи, с напряжениями на каждом элементе цепи?

5. Как зависит эквивалентное сопротивление последовательной цепи от сопротивлений ее элементов?

С. Как изменится напряжение U1 (рис.2), если уменьшить сопротивление R3 при постоянном значении U?

7. Как изменится напряжение U2 (рис.2), если уменьшить сопротивление R2 при постоянном значении U?

8. Определить напряжение между точками m и n (рис.2), если U=100B, R1= 10 Ом, R2= 15 Ом, R3= 20 Ом, R4= 5 Ом.

9. Как зависит общий ток в параллельной цепи (рис.3) от токов в ветвях?

10. Как изменится ток I2 (рис.3), если увеличить сопротивление R3?

11. Определить ток I (рис.3), если U=20 В, R2= 10 Ом. R3=3О Ом, R5=15 Ом, R6=5 0м.

12. Определить напряжение U , приложенное к цепи (рис.3), а также токи I1 и I2, если I=5 А, R2= 10 Ом, R3= 10 Ом, R5=20 Ом, R6=10 Ом.

13. При какой величине тока I (рис.3) мощность, рассеиваемая на резисторе R5, будет равна 80 Вт, если R2=6 Ом, R3= 4 Ом, R5= 5 Ом, R6=10 Ом? 14. Как включаются в цепь электроизмерительные приборы: амперметр, вольтметр, омметр?
^

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ


к

Рис.7
лабораторной работе №1 «Исследование электрических цепей постоянного тона с последовательным и параллельным соединением резисторов»



Таблица 1


Измеренные параметры

Участок цепи

ab




се


ef


af













U,B













I,A

















R, Оm



















Таблица 2


Измеренные параметры U,B I,A I1,А I2




Рис.8

^ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

I. Последовательная цепь

Таблица 3

Рассчитанные параметры


Участок цепи


аb

bc

ce

ef

af


R Ом












Р, Bт












Расчетные формулы:

Расчет последовательной цепи:

Дано: Uaf=.... R1=.... R2=…. R3=…. R4=.... Определить: I, Uab, Ubc, Uce, Uef.

2. Параллельная цепь

Таблица 4

Рассчитанные параметры

G1, См

G2, См

Gэк, См

Rэк, Ом













Уравнение по первому закону Кирхгофа:

Краткие выводы по работе:
Группа ____________ Студент ______________ Дата ___________
Преподаватель____________

Похожие:

Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconИсследование линейной электрической цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов
Усовершенствовать навыки сборки электрических цепей и пользования электроизмерительными приборами
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconИсследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы
...
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconТема: иследование цепей постоянного тока паралельнова смешанного соединение резисторов

Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Общая электротехника и электроника»
Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconЛинейные цепи постоянного тока
Расчёт электрических цепей является одной из основных задач при изучении электротехники, а впослед-ствии – и электроники
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное...
Виды соединений элементов электрических цепей постоянного тока с одним источником питания
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconИсследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы
Получить навыка построения векторных диаграмм и научиться их использовать для анализа электрических цепей
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconПрактическая работа №1 Тема : исследование ципей постоянного тока
Цель: Научится собирать последовательные,параллельные и смешанные цепи постоянного тока правельно подключать приборы для измерения...
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconКалендарно-тематический план проведения занятий
Основные понятия теории цепей. Идеализация источников энергии. Основные законы электрических цепей. Эквивалентные преобразования...
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов iconКурсовая работа по курсу «Основы теории электрических цепей» Тема:...
Связь между импульсной характеристикой и передаточной функцией цепи
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница