Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Робота 2. Дослідження електричних кіл з послідовним, паралельним та змішаним з’єднанням опорів
1.1. Мета роботи
Вивчити експериментальні методи дослідження електричних кіл з послідовним, паралельним і змішаним з’єднанням опорів. Навчитись визначати еквівалентні опори при різних способах їх з’єднання та потужності, що споживають окремі опори та електричні кола.
1.2. Короткі теоретичні відомості
Як відомо, опори в електричному колі можуть бути з’єднані послідовно (рис.2.1,а), паралельно (рис.2.1,б) та змішано (рис.2.1,в).
Рис.2.1.
При послідовному з’єднанні кінець одного опору з’єднується з початком другого, кінець другого – з початком третього і т.д. При цьому струм у всіх послідовно з’єднаних опорах має одинакову величину, а спад напруг на кожному опорі - пропорційний цьому струму.
Струм у колі з послідовним з’єднанням опорів згідно закону Ома
/2.1/
де еквівалентний опір кола, який у загальному випадку, дорівнює арифметичній сумі n послідовно з’єднаних опорів.
Спад напруги на кожному опорі
. /2.2/
Напруга на вході електричного кола дорівнює арифметичній сумі напруг на окремих опорах :
/2.3/
Потужність і-того споживача у послідовному колі
/2.4/
а всього кола
. /2.5/
Паралельне з’єднання опорів (рис.2.1,б) – це таке з’єднання, коли умовні початки всіх опорів з’єднані в одну точку, а кінці – в другу. При паралельному з’єднанні на всіх опорах одинакова напруга, яка дорівнює напрузі джерела живлення . Струм у кожному опорі пропорційний цій напрузі:
/2.6/
де провідність і-того опору.
Сила струму в нерозгалуженій частині кола
/2.7/
або , /2.8/
де еквівалентна провідність кола.
Потужність, що споживається при паралельному з’єднанні опорів і-ою віткою,
, /2.9/
а - усім колом
/2.10/
Змішане з’єднання опорів (рис.2.1,в) – це таке з’єднання, коли частина з них з’єднана паралельно (опори ), а інші - послідовно.
Еквівалентний опір всього кола (рис.2.1,в) дорівнює
/2.11/
де .
Сила струму джерела живлення дорівнює
. /2.12/
Остання рівність дає можливість експериментально підтвердити перший закон Кірхгофа.
Електрична енергія, що виробляється джерелом живлення (генератором), перетворюється в інші види енергії: теплову, світлову, механічну тощо. При цьому виконується баланс потужностей
, /2.13/
де потужність джерела живлення, потужності споживачів.
Для електричного кола (рис.2.1,а) баланс потужностей можна записати так:
. /2.14/
Для електричного кола, наведеного на рис.2.1,б,
/2.15
і при змішаному з’єднанні опорів
. /2.16/
2.3. Програма роботи
1. Дослідження електричного кола з послідовним з’єднанням опорів.
2. Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням опорів.
3. Дослідження електричного кола зі змішаним з’єднанням опорів.
2.4. Опис лабораторної установки
Проведення лабораторної роботи здійснюється на стенді УИЛС. Для цього необхідно скласти електричне коло, схема якого наведена на рис.2.2.
Рис.2.2
Напругу на вхід кола подають від джерела, яке дозволяє регулювати її в межах 0...20 В за допомогою ручки “Напряжение”. При складанні кола використовують необхідні резистори з комплекту лабораторного стенда. Цифрові прилади, що також входять до лабораторного стенда, дають можливість вимірювати напруги і струми в необхідних межах. Комутацію в електричному колі здійснюють за допомогою перемичок.
2.5. Порядок виконання роботи
Для виконання лабораторних досліджень зібрати електричне коло згідно зі схемою, наведеною на рис.2.2, використавши резистори з опорами, заданими викладачем.
1. Для дослідження електричного кола з послідовним з’єднанням опорів необхідно:
- зняти перемички П1, П2, П4 і П5, що призведе до послідовного з’єднання опорів R1, R2 i R3;
- зняти перемичку П і на її місце під’єднати прилад РА для вимірювання струму;
- вольтметр PV під’єднати до вхідних точок кола;
- ввімкнути джерело живлення і, користуючись вольтметром PV, виставити величину напруги, задану викладачем;
- приладом PА поміряти струм у колі;
- користуючись вольтметром PV, виміряти напруги на опорах R1,R2 і R3;
- результати вимірювань записати в табл.1;
- на основі результатів вимірювань визначити величину опорів окремих резисторів R1,R2 і R3;
- вирахувати еквівалентний опір кола через знайдені опори резисторів, а також R*екв на підставі закону Ома;
- порівняти отримані величини Rекв і оцінити величину похибки експерименту;
- вирахувати величини потужностей, що виділяються в окремих опорах кола (формула 2.4), а також сумарну потужність (формула 2.5), що споживається опорами кола;
- визначити потужність джерела живлення Р*, користуючись значенням струму (формула 2.1) і напруги (формула 2.3) на вході кола;
- перевірити виконання балансу потужностей і зробити належний висновок.
Таблиця 1
|
Вимірювання |
Обчислення |
|||||||||||||
|
U |
I |
U1 |
U2 |
U3 |
R1, |
R2, |
R3, |
Rекв, |
R*екв |
Р1, |
Р2, |
Р3 |
Р, |
Р*, |
|
B |
A |
B |
B |
B |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Вт |
Вт |
Вт |
Вт |
Вт |
2. Провести дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням опорів. Для чого необхідно:
- поставити перемички П1, П2, П3, П4 і П5, забезпечивши паралельне з’єднання опорів R3, R4 і R5;
- встановити задану викладачем величину вхідної напруги U;
- знімаючи послідовно перемички П, П3, П4 і П5 і під’єднуючи на їх місце кожний раз прилад РА, поміряти струм І в нерозгалуженій частині кола і потім струми І3, І4 і І5 у відповідних опорах;
- результати вимірювань записати до табл. 2.;
- на основі результатів вимірювання вирахувати опори і провідності окремих віток (формула 2.6);
- знайти величину еквівалентної провідності всього кола через провідності окремих віток і визначити загальну провідність кола g*, користуючись законом Ома (формула 2.8);
- порівняти отримані результати і зробити оцінку величини похибки експерименту;
- вирахувати величини потужностей, що виділяються в окремих опорах (формула 2.9), а також сумарну потужність, що споживається у колі (формула 2.10);
- визначити потужність джерела живлення;
- перевірити виконання балансу потужностей (формула 2.14) і зробити належний висновок.
Таблиця 2
|
Вимірювання |
Обчислення |
||||||||||||||||||
|
U, |
I, |
I1, |
I2, |
I3, |
R3, |
R4, |
R5, |
Rек |
R*ек |
g3 |
g4 |
g5 |
gек |
g*ек |
Р3 |
Р4, |
Р5 |
Р |
Р* |
|
B |
A |
A |
A |
A |
Ом |
Сім |
Вт |
||||||||||||
3. Провести дослідження електричного кола зі змішаним з’єднанням опорів. Для цього необхідно:
- зняти перемички П1 і П5, здійснивши таким чином послідовне з’єднання опору R1 з паралельно з’єднаними опорами R3 і R4;
- провести вимірювання струмів в опорах і всіх напруг;
- результати вимірювань занести до табл.3.
Таблиця 3
|
Вимірювання |
Обчислення |
||||||||||||||
|
U, |
U1, |
U34, |
І, |
І3, |
І4, |
R1 |
R3 |
R4 |
Rек |
R*ек |
Р1 |
Р3 |
Р4 |
Р |
Р* |
|
B |
B |
B |
А |
А |
А |
Ом |
Вт |
||||||||
- на підставі результатів вимірювань вирахувати величини опорів R1,R3 і R4, а також еквівалентний опір кола (формула 2.11);
- визначити еквівалентний опір кола R*екв, користуючись законом Ома, і порівняти його величину з попереднім значенням;
- зробити висновок про величину похибки експерименту;
- визначити потужності, що виділяються в окремих опорах і в усьому колі (формула 2.13);
- визначити потужність джерела живлення (формула 2.14) і перевірити виконання балансу потужностей. Зробити належний висновок.
2.6. Контрольні запитання
1. Нарисувати схему послідовного з’єднання трьох опорів і записати величину еквівалентного опору кола.
2. Нарисувати схему електричного кола з паралельним з’єднанням трьох опорів і записати величину еквівалентного опору такого з’єднання.
3. Нарисувати схему електричного кола, що складається із трьох опорів зі змішаним з’єднанням. Чому буде дорівнювати еквівалентний опір такого кола, якщо опори різні, тобто ?
4. Задано електричне коло, схема якого наведена на рис.2.3. Напруга на затискачах кола U = 120 В, струм І = 24 А, опір R1 = 100 Ом, R2 = 250 Ом. Визначити опір R3 і потужність, що виділяється в ньому.
Рис.2.3
5. В електричному колі (рис.2.4) з паралельним з’єднанням трьох резисторів R1 = R2 = 20 Ом, R3 = 40 Ом, потужність всього кола Р = 32 Вт. Визначити напругу на вході кола, загальний струм І, а також струми у вітках І1, І2, І3.
Рис.2.4
6. Як формулюється баланс потужностей для електричних кіл?
7. Визначити еквівалентний опір електричного кола (рис.2.5) за умови, що всі опори рівні між собою.
8. Якщо у колі рис. 2.5 опори R1 = 4 Ом, R2 = 10 Ом, R3 = 6 Ом, R4 = 0, а струми І2 = 1,8 А, І3 = 3 А, то чому повинна дорівнювати напруга на вході кола U ?
Рис.2.5
9. В електричному колі (рис.2.5) опори R1 = 2 Ом, R2 = 6 Ом, R4 = 0. Еквівалентний опір кола Rекв = 6 Ом. Визначити величину опору R3.
Рис.2.6
10. В електричному колі (рис.2.6) в результаті протікання струму має місце падіння напруг на опорах R1 і R3. Як зміниться падіння напруги на опорі R1 при замиканні ключа К, якщо вхідна напруга U залишається незмінною?
21