Задание и исходные данные

Инструкции к лабораторным работам

краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Бийский государственный колледж»

 

                                                 Лабораторная работа № 1

Тема: Исследование изменения токов и напряжений при изменении сопротивлений на различных участках

 Цель работы: 1. Отработка практических навыков проведения эксперимента.

                        2.Исследования изменения токов и напряжений в цепи при                                изменении сопротивлений на различных участках.

 

Порядок выполнения

 

Теоретическая часть.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника электрической энергии с ЭДС (Е) и внутренним сопротивлением r₀ и потребителя, представляющего собой смешанное соединение трех резисторов R₁, R₂, R₃ (Рис. 1). Считая проводники идеальными можно записать равенство E = U₀+U_Н (1), где U₀-внутреннее падение напряжения на r₀; U_Н-напряжение на зажимах источника электрической энергии.

В свою очередь U_Н=U_R1+U_AB=I₁∙R₁+U_AB (2)

В соответствии с первым законом Кирхгофа

I₁=I₂+I₃=U_AB/R₂+U_AB/R₃=U_AB(1/R₂+1/R₃) (3)

Из (3) U_AB=I₁/(1/R₂+1/R₃)=I₁∙R₂∙R₃/(R₂+R₃) (4)

Подставим (4) во (2) U_Н=I₁∙R₁+I₁∙R₂∙R₃/(R₂+R₃)=I₁∙(R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃)) (5)

Подставим (5) в (1) E=I₁∙r₀+I₁(R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃))=I₁∙(r₀+R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃)) (6)

Закон Ома для полной цепи примет вид: I₁=E/(r₀+R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃)) (7)

Задание и исходные данные

В работе исследуемая электрическая цепь (Рис. 2). Известны r₁, r₂, r₃. U_AB, E₁- измеряют вольтметром. Опытные токи измеряют миллиамперметром mA₁, mA₂, mA₃. Расчетные значения получают следующим образом:

Измерив напряжение на зажимах источника Е₁ определяют U₀=E–U_H, определяют r₀=U₀/I_1опыт определяют по mA₁.

Расчетные токи определяют: Ток I_1расч по формуле (7).

Определим расчетное напряжение U_AB: U_ABрасч=E–I_1расч(r₀+r₁)

Определяют: I_2расч=U_ABрасч/r₂=(E–I_1расч(r₀+r₁))/r₂

I_3расч=U_ABрасч/r₃=(E–I_1расч(r₀+r₁))/r₂

Сравниваем показания mA₁, mA₂, mA₃ с расчетными.

Сравниваем показания вольтметра с расчетным U_ABопыт= U_ABрасч

Оборудование

Стенд, состав схемы: E₁-источник ЭДС, mA-миллиамперметры, V-вольтметр, r₁-резисторы R₁=0,51 кОм или R₂=1 кОм, r₂-резисторы R₄=1 кОм или R₅=2 кОм, r₃-резистор R₇=1 кОм.

Ход работы.

1. Установить на измерительных приборах переключатели рода тока «=/ » в положение «=» и максимальные пределы измерения.

2. Установить тумблер «=I/Выкл» в положение «=I» и измерить вольтметром E₁ и записать в таблицу.

3. Тумблер «=I/Выкл» установить в положение «Выкл».

4. Собрать схему для проведения опыта №1 (Рис. 4).

5. Установить тумблер «=I/Выкл» в положение «=I».

6. Снять показания mA₁, mA₂, mA₃, напряжение на зажимах E₁ и U_AB и записать в таблицу 1-го опыта.

7.

Тумблер «=I/Выкл» установить в положение «Выкл».

8. Собрать схему для проведения опыта №2 (Рис. 5).

9. Установить тумблер «=I/Выкл» в положение «=I».

10. Снять показания mA₁, mA₂, mA₃, напряжение на зажимах E₁ и U_AB и записать в таблицу 2-го опыта.

11. Установить тумблер «=I/Выкл» установить в положение «Выкл».

12. Собрать схему для проведения опыта №3 (Рис. 6).

13. Установить тумблер «=I/Выкл» в положение «=I».

14.

Снять показания mA₁, mA₂, mA₃, напряжение на зажимах E₁ и U_AB и записать в таблицу 3-го опыта.

15. Установить тумблер «=I/Выкл» установить в положение «Выкл».

16. Выключить стенд.

17. В соответствии с методическими указаниями рассчитать I₁,I₂,I₃,U₁,U_AB и занести в таблицу.

№ опыта

Измеряемые величины

Расчетные величины

E

UН

r1

r2

r3

I1

I2

I3

U1

UАВ

I1

I2

I3

U1

UАВ

В

В

кОм

кОм

кОм

мА

мА

мА

В

В

мА

мА

мА

В

В

1

2

3

 

Содержание отчета:

1. Тема.

2. Цель работы.

3. Схемы исследования.

4. Таблица

5. Расчетные формулы, расчеты.

6. Вывод.

Выводы по результатам измерений:

1) Как изменяется напряжение U_AB при увеличении и уменьшении r₂ при постоянных r₁, r₃.

Контрольные вопросы

1. Последовательное, параллельное соединение резисторов.

2. Закон Ома для участка и полной цепи.

3. Чем отличаются расчетные и опытные данные.

4. Влияние на токи и напряжения изменений r₁, r₂.

Литература.

Немцев М.В., Немцова М.Л. Электротехника и электроника. – Москва. Издательский центр «Академия : 2018.

                                            Лабораторная работа №2

Тема: Соединение источников ЭДС в режимах источника и приемника электрической энергии.

Цель: 1. Приобретение практических навыков измерения.

        2. Изучение согласного и встречного соединения источников ЭДС.

Порядок выполнения

 

Теоретическая часть

Электрическая цепь состоит из источника электрической энергии с ЭДС и внутренним сопротивлением r₀ и потребителя с сопротивлением R_Н (рис. 1). Считая проводники идеальными можно считать: E=U₀+U_Н,

где U_0­­­­­-внутреннее падение напряжения на r₀. U_Н-напряжение на нагрузке.

Так как сопротивление внутреннее и сопротивления нагрузки соединены последовательно, то общее сопротивление равно: R_ОБ=r₀+R_Н

 

При последовательном соединении сопротивлений через них пропускают один и тот же ток I. Следовательно:U₀=I∙r₀,U_Н=I∙R_Н.

E=Ir₀+I∙R_Н=I(r₀+R_Н); I=E/(r₀+R_Н)

Последняя формула называется законом Ома для полной цепи. Полная мощность в электрической цепи равна: P=E∙I. Мощность полезная равна: P_Н=U_Н∙I. Коэффициент полезного действия источника электрической энергии: η=P_Н/P×100%

Если в электрической цепи согласно включены несколько ЭДС (рис. 2), то общая ЭДС равна арифметической сумме. Если в электрическую цепь встречно включены ЭДС (Рис. 3), то общая ЭДС равна разности.

Задание и исходные данные

В работе в электрическую цепь с нагрузкой R_Н, включается источник электрической энергии согласно (рис. 4) и встречно (рис. 5) При согласном включении: Е=Е₁+Е₂

 

При встречном включении: Е=Е₁–Е₂, R_Н=1кОм

В режиме генератора U₀=E–U_Н

В режиме потребителя U₀=U_Н–E

Измерив ток в электрической цепи, определяют внутреннее сопротивление источников ЭДС. r₀=U₀/I_ОПЫТ, где I_ОПЫТ измеренный ток прибором. Расчетный ток в электрической цепи определяется: I_Р=E₁±E₂/(r₀+R_Н); I_Р=E₁+E₂/(r₀₁+ r₀₂+R_Н); где r₀-общее внутреннее сопротивление, r₀₁-сопротивление E₁, r₀₂-сопротивление E₂, где «+»-для согласованного включения, «–»-для встречного включения.

Полная мощность цепи равна: P=E∙I_Р

Мощность нагрузки равна: P_Н=U_Н∙I_Р

Мощность, затраченная в источниках ЭДС: P₀=U₀∙I_Р

Коэффициент полезного действия: η=P_Н/P∙100%

Оборудование

Стенд, Состав схемы: источники ЭДС; МА–миллиамперметр, V–вольтметр.

Ход работы

Не включая стенд в сеть 220В:

1. Установить на измерительных приборах переключатели рода тока «–/≈» -в положение «–» и максимальные пределы измерения приборов.

2. Установить тумблер в положение «=I/выкл.» в положение «=I». Измерить Е₁ и Е₂, подключив вольтметр V к клеммам.

3. Записать в таблицу E₁,E₂,R_Н(R₇).

4. Отключить стенд и собрать схему (рис. 6), на наборном поле, согласного включения ЭДС.

5. Включить стенд.

6. Измерить вольтметром V напряжение на Е₁, Е₂, R_Н, ток I и занести в таблицу.

7. Тумблер «=Iвыкл.» установить в положение «выкл.» и собрать схему рис. 7

 

8. Повторить пункты 5, 6, 7.

9. В соответствии с методическими указаниями произвести расчет величин: «Расчетных данных» при согласованном и встречном включении источников Е₁ и Е₂.

 

Опытные данные

Расчетные данные

Соединение источников

E1

U1

E2

U2

UH

IH

rH

U01

U02

r01

r02

I

UH

P1

P2

P01

P02

PH

η

В

В

В

В

В

мА

кОм

В

В

Ом

Ом

мА

В

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Согласное включение

Встречное включение

 

Содержание отчета

1. Наименование темы

2. Цель работы

3.  Схемы исследования

4. Таблицу

5. Формулы и расчетных данных согласного и встречного включения Е₁ и Е₂.

6. Краткие выводы по работе.

 

 

Контрольные вопросы

1. В каких единицах измеряются электрические величины.

2. Закон Ома для участка и полной цепи.

3. Чему равна полная мощность цепи.

4. Чему равна полезная мощность электрической цепи.

5. Чему равен коэффициент полезного действия.

 

Литература

Немцев М.В., Немцова М.Л. Электротехника и электроника. – Москва. Издательский центр «Академия : 2018

 

                           Лабораторная работа № 3

Тема: Опытная проверка законов Кирхгофа

Цель работы: 1. Отработка практических навыков проведения эксперимента.

                       2. Овладеть навыками и умениями расчета электрических цепей и аналитического сравнения с экспериментальными данными.

Порядок выполнения

Теоретическая часть.

Согласно первому закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в узле, равна нулю(рис.1):

          Рис.1

Обычно при расчете электрических цепей направления токов в ветвях, присоединенных к какой-либо точке разветвления, неизвестны. Поэтому для возможности самой записи уравнения первого закона Кирхгофа нужно перед началом расчета цепи произвольно выбрать так называемые положительные направления токов во всех ее ветвях и обозначить их стрелками на схеме. Действительные направления токов определятся в результате расчета.

Согласно второму закону Кирхгофа алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур(рис.2):

Рис.2

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника электрической энергии с ЭДС (Е) и внутренним сопротивлением r₀ и потребителя, представляющего собой смешанное соединение трех резисторов R₁, R₂, R₃ (Рис. 3). Считая проводники идеальными можно записать равенство E = U₀+U_Н (1), где U₀-внутреннее падение напряжения на r₀; U_Н-напряжение на зажимах источника электрической энергии. Рис.3

U_Н=U_R1+U_AB=I₁∙R₁+U_AB (2)

В соответствии с первым законом Кирхгофа

I₁=I₂=I₃=U_AB/R₂+U_AB/R₃=U_AB(1/R₂+1/R₃) (3)

Из (3) U_AB=I₁/(1/R₂+1/R₃)=I₁∙R₂∙R₃/(R₂+R₃) (4)

Подставим (4) во (2) U_Н=I₁∙R₁+I₁∙R₂∙R₃/(R₂+R₃)=I₁∙(R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃)) (5)

Подставим (5) в (1) E=I₁∙r₀+I₁(R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃))=I₁∙(r₀+R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃)) (6)

Закон Ома для полной цепи примет вид: I₁=E/(r₀+R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃)) (7)