Задание на выполнение лабораторной работы см. ваш вариант в приложении №1

Лабораторная работа № 2

Исследование электрических цепей со смешанным соединением резисторов. Законы Ома и Кирхгофа.

Цель: Исследовать электрическую цепь постоянного тока со смешанным соединением резисторов. Проверить справедливость законов Ома и Кирхгофа.

Теоретические сведения.

Параллельным называется соединение, при котором начала группы элементов присоединяются к одному узлу цепи, а концы – к другому

Рассмотрим свойства цепи с параллельным соединением n потребителей электрической энергии (рис. 1):

Рис. 1.

1. Напряжение на всех участках цепи одинаково (имеет одно значение):

U = U₁ = U₂ = … = U_n = const. (1)

2. Эквивалентная (общая) проводимость G_общ параллельно соединенных потребителей равно сумме проводимостей каждого потребителя в отдельности:

G_общ = G₁ + G₂ + … + G_n или (2)

3. Общий ток I_общ, протекающий в цепи параллельно соединенных потребителей, равен сумме токов каждой ветви цепи:

I_общ = I₁ + I₂+ … + I_n. (3)

4. Мощность, выделяемая на потребителе прямо пропорциональна его сопротивлению:

(4)

5. Общая мощность Р_общ, выделяемая на параллельно соединенных потребителях, равна сумме мощностей на каждом потребителе в отдельности:

Р_общ = Р₁ + Р₂ + … + Р_n. (5)

Основным достоинством параллельной цепи является то, что изменение режима работы одного из приемников не влияет на режиме работы других. Кроме того отключение одного из приемников не изменяет режим работы других потребителей.

Смешанным называется такое соединения потребителей, при котором одна часть потребителей соединена последовательно, а другая – параллельно.

Закон Ома для участка цепи: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

(6)

Первый закон Кирхгофа (баланс токов). Алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю.

, (7)

где n – число ветвей, соединяющихся в узле, k – порядковый номер ветви.

Всем токам, направленным к узлу, приписывается одинаковый знак, например положительный, и соответственно всем токам, направленным от узла – противоположный знак.

Для контура схемы цепи, содержащего только источники ЭДС и резисторы, Второй закон Кирхгофа имеет следующее определение.

Алгебраическая сумма напряжений на резисторах равна алгебраической сумме ЭДС источников.

(8)

Для контура, не содержащего источники ЭДС, Второй закон Кирхгофа имеет следующее определение.

Алгебраическая сумма напряжений участков любого контура электрической цепи равна нулю.

, (9)

где m – число участков контура, k – порядковый номер участка.

Обход контура совершается в произвольно выбранном направлении, например по ходу часовой стрелки. Со знаком плюс записываются напряжения и ЭДС источников, направление которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура, и со знаком минус – противоположно направленные, или наоборот.

Порядок выполнения работы.

Отчет сделать в электронном варианте, создав файл MS Word по шаблону «Фамилия_№ группы_Лабораторная 3.docx» и сохранив его в папке «Электротехника» на диске вашей группы. Отчет должен содержать название работы, цели. Далее после фразы «Ход работы», необходимо написать номер стенда, на котором выполнялась практическая часть работы, и по порядку выполнить задания. В отчет поместить заполненные таблицы данных, привести расчеты.

Ход работы.

Стенд № ___

1. Прочитать теоретическую часть и уметь устно ответить на вопросы.

1. Какое соединение называется параллельным?

2. Каковы основные свойства параллельного соединения потребителей?

3. Каковы основные достоинства параллельного соединения?

4. Какое соединение называется смешанным?

5. Сформулируйте первый закон Кирхгофа.

6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

7. По какому принципу выбирается обход контура?

8. Записать формулу первого закона Кирхгофа для узлов У1 и У2 (см. рис. 2).

9. Записать формулу второго закона Кирхгофа для контуров К1 и К2 (см. рис. 2).

Задание на выполнение лабораторной работы см. ваш вариант в приложении №1

2. Собрать на рабочем поле схему, изображенную на рис. 2.

Рис. 2.

В схеме r – внутреннее сопротивление источника.

3. Включая амперметр А1 в точки 1, 2, 4 и 5 (см. рис. 2), произвести измерения.

Сделать скрин схемы с показаниями амперметров.

4. Занести показания в таблицу 1.

5. С помощью вольтметра измерить напряжение на каждом резисторе и занести результаты в таблицу 1.

Сделать скрины схемы с показаниями вольтметра. ( возможно подключение нескольких вольтметров, обратить внимание на читаемость показаний на приборах)

6. С помощью вольтметра измерить рабочее напряжение источника U_раб(при замкнутой цепи) и ЭДС источника Е (при разомкнутой цепи). Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1.

U₁, В	U₂, В	U₃, В	U₄, В	U₅, В	U_раб, В	Е, В

I₁, А	I₂, А	I₃, А	I₄, А	I₅, А	U_r, В

7. Рассчитать падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника, используя данные таблицы 1, по формуле:

U_r = E – U_раб.

8. Записать результат вычисления в таблицу 1.

9. Используя формулу закона Ома ( ) и формулы (2), (4) и (5), рассчитать значения R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R_общ, Р₁, Р₂, Р₃, Р₄, Р₅, Р_общ.

10. Результаты вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2.

R₁, Ом	R₂, Ом	R₃, Ом	R₄, Ом	R₅, Ом	R_общ, Ом	Р₁, Вт	Р₂, Вт	Р₃, Вт	Р₄, Вт	Р₅, Вт	Р_общ, Вт

11. Составить уравнение по первому закону Кирхгофа для узлов У1 и У2:

I₁ = I₃ + I₄;

I₂ = I₃ +I₅,

взяв значения токов из таблицы 1.

12. Составить уравнение по второму закону Кирхгофа для контуров К1 и К2:

Е = U₁ + U₃ + U₂ + U_r;

0 = U₄ + U₅ - U₃,

взяв значения напряжений и ЭДС из таблицы 1.

13. Записать баланс мощностей, используя формулу (5) и данные таблицы 3.

14. Рассчитать абсолютную погрешность измерения амперметра и вольтметра, используя формулы:

ΔU = γ П / 100 [В],

ΔI = γ П / 100 [А],

где П – предел измерения вольтметра (наибольшее число на шкале прибора);

γ – класс точности прибора (написан под прибором);

ΔU – абсолютная погрешность измерения вольтметра;

ΔI – абсолютная погрешность измерения амперметра.

15. Рассчитать погрешности математического выражения (ΔI_МВ) для алгебраической суммы по формуле: ΔI_МВ = . Результат вычисления занести в отчет.

16. Рассчитать значение погрешности измерений для узлов У1 и У2 по формулам:

а1 = I₃ + I₄ - I₁;

а2 = I₃ +I₅ - I₂.

17. Результат вычисления занести в отчет.

18. Сравнить значения а1 и а2 с ΔI_МВ. Если а1 или а2 < ΔI_МВ, то результат измерения достоверен. Если же а1 или а2 > ΔI_МВ, то измерения произведены с ошибкой. В этом случае опыт необходимо провести повторно.

19. Рассчитать погрешности математического выражения ΔU1_МВ и ΔU2_МВ для алгебраической суммы по формулам:

ΔU1_МВ = ;

ΔU2_МВ = .

Результат вычисления занести в отчет.

20. Рассчитать значение погрешности измерений для контуров К1 и К2 по формулам:

а1 = U₁ + U₃ + U₂ + U_r - Е;

а2 = U₄ + U₅ - U₃.

Результат вычисления занести в отчет.

21. Сравнить значения а1 и а2 с ΔU1_МВ и ΔU2_МВ соответственно. Если а1 < ΔU1_МВ, а а2 < ΔU2_МВ, то результат измерения достоверен. Если же а1 > ΔU1_МВ, или а2 > ΔU2_МВ, то измерения произведены с ошибкой. В этом случае опыт необходимо провести повторно.

22. Написать вывод. В выводе указать, ссылаясь на проведенный эксперимент, верность основных свойств параллельного соединения, отметить справедливость первого и второго законов Кирхгофа и достоверность результатов измерения.

Приложение №1

Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 39; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!