Работа 2. Проверка основных законов электрической цепи
Цель работы: экспериментально найти распределение токов и напряжений, а также сопротивления отдельных элементов и всей цепи при последовательном, параллельном и смешанном соединении потребителей; убедиться в справедливости закона Ома и законов Кирхгофа.
Пояснения к работе
Положительные направления токов, э.д.с. и напряжений
В электротехнике приняты условные положительные направления напряжения U, тока I и э.д.с. E, которые на схемах указываются стрелками.
За положительное направление напряжения принимают напряжение от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Если, например, потенциал точки а больше потенциала точки в (jа>jв), то напряжение направленно от а к в (рис.2.1).
 |
Рис. 2.1. Простая электрическая цепь с источником э.д.с.
За положительное направление тока на участке цепи без источника (см.рис.2.1. участок с резистором r) принято также направление от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. На указанном участке цепи положительное направление цепи и напряжение совпадают. Положительным направлением э.д.с. источника является напряжение от точки с меньшим потенциалом к точки с большим внутри источника. Больший потенциал обозначает (+), меньший (–).
Для того, чтобы в электрической цепи (см.рис.2.1.) установить положительные напряжения э.д.с. напряжений токов, следует воспользоваться вольтметром магнитоэлектрической системы. Как известно, подвижная часть этого прибора отклоняется вправо, когда зажим прибора, обозначенный знаком (+), присоединен к точке электрической цепи с большим потенциалом, а зажим, обозначенный знаком (–), к точке с меньшим потенциалом. Направление тока легко определить, если учесть, что в резисторе напряжения тока и напряжения совпадают.
|
|
|
Соотношения между токами, напряжениями э.д.с. и с сопротивлениями в электрических цепях определяются законами Ома и Кирхгофа. С помощью этих законов может быть произведен расчет режима работы любой электрической цепи.
Закон Ома.На участке электрической цепи, не содержащем источника э.д.с. (см.рис.2.1.), сила тока I цепи прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению данного участка r.
. (2.1)
Величина I·r называется также падением напряжения на резисторе r.
Напряжение и э.д.с.источника энергии. По закону Ома для всей цепи (рис.2.1.) сила тока прямо пропорциональна э.д.с. E и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи (r + r0)
,
где r0 – внутреннее сопротивление источника. Это же выражение может быть записано в виде
E = Ir + Ir0= U + Ir0, (2.2)
|
|
|
т.е. напряжение источника меньше его э.д.с. на величину падения напряжения на его внутреннем сопротивлении.
Из полученного для U выражения видно, что с увеличением тока напряжение на зажимах источника, вследствие большего внутреннего падения напряжения, уменьшается. Когда источник отключен от внешней цепи (холостой ход), I=0, напряжение на его зажимах равно э.д.с.
Измерение э.д.с. и определение внутреннего сопротивления источника электрической энергии. Так как э.д.с. источника равна разности потенциалов на его зажимах при отсутствии внешней нагрузки, то для ее нахождения измеряют вольтметром напряжение на зажимах источника при разомкнутой внешней цепи. Ток, который протекает через вольтметр, обладающий значительно большим сопротивлением источника, весьма мал, и поэтому измеренное при помощи вольтметра напряжение на зажимах источника, согласно формуле (2.2), практически можно считать равным его э.д.с.
Внутреннее сопротивление источника можно определить из уравнения (2.2) по показаниям вольтметра и амперметра. Для этого при отключенной цепи необходимо измерить э.д.с. Затем, при работе источника под нагрузкой, измерить напряжение на его зажимах и силу тока в цепи.
|
|
|
Тогда 
. (2.3)
Первый закон Кирхгофа.Алгебраическая сумма силы токов ветвей, сходящихся в узле j равна нулю
, (2.4)
где n – число ветвей, подходящих к узлу j.
Если все втекающие в узел точки условно считать отрицательными, а вытекающие положительными, то для узла j (рис.2.2) можно записать
– I1– I2+ I3+ I4– I5= 0.
 |
Рис. 2.2. Узел электрической цепи
Второй закон Кирхгофа.Алгебраическая сумма падений напряжения в ветвях любого замкнутого контура электрической цепи равна сумме э.д.с. источников энергии, действующих в этом контуре.
. (2.5)
Перед сопротивлением уравнения по второму закону Кирхгофа необходимо произвольно выбрать направление обхода контура. Затем включить в сумму со знаком (+) все э.д.с. и токи, направления которых совпадают с направлением обхода контура, а со знаком (–) те – направления которых противоположны направлению обода.
Составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура а б в г а (рис.2.3). На схеме условно внутренние сопротивления и э.д.с. источников энергии показаны раздельно. Пусть обход контура совпадает с направлением движения часовой стрелки. Тога по второму закону Кирхгофа имеем
|
|
|
I1 (r01 + r1) – I3r03 = E1 – E3.
Определение эквивалентного сопротивления и преобразование электрических цепей. Сопротивления в электрических цепях могут быть включены последовательно, параллельно, смешанно или по более сложным схемам. Расчет цепей упрощается при замене нескольких сопротивлений одним эквивалентным, а также при других преобразованиях. Рассмотрим свойства различных способов соединения сопротивлений.
 |
Рис. 2.3. Сложная электрическая цепь
Последовательнымназывается такое соединение, при котором во всех включенных резисторах сила тока одна и та же (рис.2.4)
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 404; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!