Лабораторная работа № 5

Тема работы: Изучение законов Кирхгофа в применении к
многоконтурной цепи

 

1 Цель работы: проверить экспериментальным путем расчет исследуемой ветви электрической цепи постоянного тока методом узловых и контурных уравнений.

2 Оборудование:  лабораторный стенд, соединительные провода, электроизмерительные приборы (в таблице 1 указать наименование приборов и их основные метрологические параметры).

Таблица 1 Метрологические параметры электроизмерительных приборов

№ п / п	Наименование прибора	Нижний предел измерения	Верхний предел измерения	Цена деления	Класс точности
1.	Вольтметр 1
2.	Миллиамперметр 1
3.	Миллиамперметр 2
4.	Миллиамперметр 3

Краткие теоретические сведения

Первый и второй законы сформулированы Кирхгофом в 1845 году и являются основными законами, определяющими режим электрической цепи. Законы Кирхгофа наиболее общие универсальные законы описывающие режим электрической цепи, и методы расчета, основанные на этих законах, применимы к расчету режима любой электрической цепи. Однако в практике расчетов их чаще всего применяют для определения токов в ветвях сложных цепей с несколькими источниками электрической энергии.

Первый закон Кирхгофа применяется к узлам электрической цепи и гласит, что алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю.

Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрической цепи. Он формулируется следующим образом: алгебраическая сумма ЭДС в контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлениях, входящих в данный контур.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Ознакомьтесь с источником питания, лабораторным стендом и электроизмерительными приборами.

4.2. Включить лабораторный стол. Установить переключатель  напряжения «0 ÷ 6,3 В» на панели блока питания в положение « - ».

4.3. Включить источник питания и с помощью регулятора напряжения « 0 ÷ 6,3 В» , расположенного на панели источника питания, установить значение Е₁ = 6 В (значение Е₁ может задаваться преподавателем). Величину напряжения проконтролировать с помощью вольтметра.

4.4. Выключить источник питания« 0 ÷ 6,3 В».

4.5. Установить переключатель  напряжения «0 ÷ 30 В» на панели источника питания  в положение « - ».

4.6. Включить источник питания «0 ÷ 30 В» и с помощью регулятора напряжения « 0 ÷ 30 В» , расположенного на панели источника питания, установить значение Е₂ = 20 В (значение Е₂ может задаваться преподавателем). Величину напряжения проконтролировать с помощью вольтметра.

4.7. Отключить источник питания и лабораторный стол. Измерить сопротивление резисторов. Все полученные данные записать в таблицу 2.

Таблица 2 Результаты измерений и вычислений

Е1

Е2

R1

R2

R3

R4

R5

I1

I2

I3

U1

U2

U3

U4

U5

В

В

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

А

А

А

В

В

В

В

В

Из опыта

Рассчитано

-

-

-

-

-

-

-

PV

Рисунок 1 - Электрическая схема для проведения исследования

Е2

Е1

R5

R2

R3

R4

I2

R1

I3

I1

PA1

PA2

PA3

4.8. Собрать электрическую схему, изображенную на рисунке 1.

 

4.9. После проверки преподавателем правильности собранной схемы включить лабораторный стол и источники питания, измерить силу тока в ветвях, а также падение напряжения на каждом резисторе, подключая параллельно им вольтметр. Результаты записать в таблицу 2 (графа «из опыта»).

4.10. Произвести расчет токов в ветвях методом узловых и контурных уравнений, используя значения ЭДС и сопротивлений, полученные опытным путем. Полученные результаты записать в таблицу 2 (графа «рассчитано»).

Сравнить экспериментальные значения токов и рассчитанные значения токов.

Проверить, выполняется ли первый закон Кирхгофа для узловых точек.

4.13. Проверить, выполняется ли второй закон Кирхгофа для контуров (проверку произвести для одного простого и одного сложного контура).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Наименование и цель лабораторной работы.

5.2. Перечень используемого оборудования.

5.3. Таблица с названием электроизмерительных приборов и их метрологическими параметрами.

5.4. Исследуемая электрическая схема.

5.5. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

5.6. Основные формулы и вычисления.

5.7. Письменный ответ на вопрос, содержащийся в п. 4.11.

5.8. Проверки выполнения первого и второго законов Кирхгофа.

5.9. Вывод.

5.10. Ответы на контрольные вопросы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Сформулируйте первый закон Кирхгофа и запишите его математическое выражение.

6.2. Сформулируйте второй закон Кирхгофа и запишите его математическое выражение.

6.3. Объясните порядок расчета электрической цепи методом узловых и контурных уравнений.

6.4. Объясните, в каких режимах работают источники ЭДС Е₁ и Е₂.

6.5. Объясните правила составления уравнений по первому закону Кирхгофа.

6.6. Объясните правила составления уравнений по второму закону Кирхгофа.

 

7 Рекомендуемая литература

7. 1. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники. - М.: В.шк., 2000. - § 4.1, 5.1

7.2. Крутов А.В. Теоретические основы электротехники. – Мн.: РИПО, 2014 - § 4.1, 4.7