11424

РЕГУЛИРОВКА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 9 РЕГУЛИРОВКА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Овладеть навыками подбора реостатов для регулировки тока и напряжения в электрических цепях. ПРИБОРЫ: 1. Источник питания РНШ для I части работы. 2. Источник питани...

Русский

2013-04-07

942.5 KB

19 чел.

Лабораторная работа № 9

РЕГУЛИРОВКА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 

Овладеть навыками подбора реостатов для регулировки тока и напряжения в электрических цепях.

ПРИБОРЫ:

1. Источник питания - РНШ для I части работы.

2. Источник питания для II части работы -выпрямитель В-24М.

3. Вольтметр В7-35.

4. Вольтметр Э-515 (7,5В).

5. Нагрузка- реостат (200 Ом, 1А).

6. Реостат (540 Ом, 0,6А).

7. Реостат (200 Ом, 1А).

8. Реостат (1000 Ом, 0,4 А).

9. Амперметр Д 533.

10.Омметр М- 371.

I часть

РЕГУЛИРОВКА ТОКА В ЦЕПИ

ТЕОРИЯ

Необходимый ток в цепи устанавливается реостатом (рис. 1), который на схеме обозначен Rр; Rн- нагрузка (лампы, печи и т.д.). Для того, чтобы подобрать параметры Rр, нужно знать, в каких пределах должен изменяться ток в цепи. Рассмотрим эту задачу на частном примере: требуется выбрать реостат, позволяющий плавно уменьшать ток в цепи в 3 раза. В цепь включается печь мощностью Р=600Вт. Ее номинальное напряжение U=220В.

Определим сопротивление печи: Rн =(Ом). Чтобы уменьшить ток в три раза, необходимо увеличить сопротивление цепи не меньше, чем в три раза, т.е. Rоб= 240 Ом. Следовательно, сопротивление реостата должно быть не меньше 160 Ом. Проводя такой грубый расчет, мы положили Rа 0.

 

Схема I.

В реальных цепях всегда нужно обращать внимание на сопротивление амперметра. При выборе реостата необходимо учитывать не только величину требуемого сопротивления, но и величину тока, которую выдерживает реостат. Ток в цепи не должен быть больше номинального тока реостата т.е. не должен быть больше тока, на который рассчитан реостат. В паспорте реостата обычно указывается сопротивление реостата и максимальный допустимый ток. Определим максимальный ток в цепи, т.е. ток, который будет в цепи, если реостат полностью вывести:

,  

Из расчета видно, что для решения поставленной задачи нужен реостат, сопротивление которого не меньше 160 Ом, а допустимый ток больше 2,7 А. Например, реостат на 30 Ом, 5 А удовлетворяет нас по величине тока, но не удовлетворяет по величине сопротивления. Можно использовать несколько последовательно включенных реостатов, общее сопротивление которых равно рассчитанному. При этом второй реостат может быть рассчитан на ток, меньший, чем 2,7А.

Определим максимальный ток в цепи при полностью выведенном втором реостате, если первый реостат имеет R = 30 Ом:

.

Следовательно, второй реостат должен иметь сопротивление

160 Ом - 30 Ом=130 Ом, а его допустимый ток 2А. Следует иметь в виду, что при регулировке тока в сторону увеличения в первую очередь выводится реостат, рассчитанный на меньший ток.

Если Rн >>RP, то включение реостата почти не повлияет на величину тока. В таком случае лучше прибегнуть к регулировке напряжения.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

1. В качестве источника питания использовать РНШ, от которого взять напряжение 80В. В качестве нагрузки Rн использовать реостат с номиналом 200Ом, 1А; однако желательно сопротивление его уточнить, измерив омметром. Используя эти параметры, произвести расчет максимального тока в цепи, а по нему – того реостата, с помощью которого можно уменьшить этот максимальный ток в цепи в n раз, доведя до минимального,

Imin= Imax/n, (число n будет указано преподавателем).

Обратить внимание на сопротивление амперметра Rа, если оно сравнимо с Rн, то в расчетах учесть и его.

  1.  Выбрать из имеющихся реостатов подходящий и собрать цепь по схеме (рис.1). Номинальное значение амперметра выбрать, исходя из результатов расчетов. В этой схеме использовать вольтметр В7-35.

3.Изменяя Rр, добиться уменьшения тока от Imax до Imin. Результаты измерения тока и напряжения внести в табл.1. Измерения провести 5 раз, при различных пяти значениях Rр.

Таблица 1

№ п/п

RA

RH

I

U

R

Rp

(Ом)

(Ом)

(А)

(В)

(Ом)

(Ом)

  1.  

4. Для каждого случая рассчитать Rоб. - общее сопротивление участка АВ, используя показания амперметра и вольтметра:

(1).

  1.  Рассчитать Rр для каждого значения тока:

RР =Rоб - Rн - RА

(2).

В проведенных расчетах нигде не учитывалось подключение вольтметра , т.к. использовался вольтметр В7-35 с Rv.

  1.  Построить график зависимости I =f (Rр).

Выполнить все задания, указанные в пунктах 3, 4, 5, 6, поменяв ролями реостаты, играющие роль нагрузки и регулятора тока. Ток уменьшать до тех пор, пока не будет полностью введен регулятор тока. Результаты внести в таблицу 2, подобную таблице 1. График I= f(Rр) построить на том же листе миллиметровки, что и предыдущий. Около каждой кривой подписать величину Rн и Rр (max).

Используя результаты опытов, проведенных с двумя разными регуляторами тока, рассчитать величину  для обоих регуляторов тока.

Сделать выводы - рекомендации по выбору реостата для регулировки тока.

II часть

РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПИ ТЕОРИЯ

Регулировка напряжения производится с помощью делителя напряжения, схема которого изображена на рис.2. Входное напряжение U, которое подвергается делению с помощью реостата сопротивлением R, можно выразить следующим образом:

U=  АВ = - Ir

(3),

где r - внутреннее сопротивление источника.

Делитель напряжения. Схема II.

Выходное напряжение U1 измеряется вольтметром с внутренним сопротивлением Rv:

U1= АС =IR1

(4),

где R1 - общее сопротивление двух параллельных участков, включенных между точками А и С. Оно определяется по формуле (5):

(5),

где R - сопротивление левой части реостата. При равномерной намотке реостата R/ можно выразить п о формуле (6):

(6),

где х – длина намотки левой части реостата, l – общая длина намотки.

Сопротивление правой части реостата R определяется по формуле (7):

(7).

Тогда сопротивление RАВ между точками А и В выражается формулой (8):

(8).

Общий ток в цепи выразим по формуле (9):

(9).

Используя выражение (4), (5), (6), (8), (9), выразим выходное напряжение U1:

(10).

Из (10) видно, что U1- нелинейная функция х. Рассчитаем U1 при некоторых значениях х: при х = 0  U1=0;  при х= l  U1=U;  при  

(11).

Если в схеме делителя используется вольтметр с Rv>>R, то из (10) видно, что

(12),

т.е. U1 является линейной функцией х.

Очевидно, что все, сказанное о соотношении Rv и R, справедливо и в том случае, если вместо вольтметра включается нагрузка (Rн).

Когда величина Rн сравнима с  (или меньше ),выход делителя  шунтируется нагрузкой и сопротивление R1 резко уменьшается. Если Rн<< , то при увеличении длины х левой части реостата R1 практически не изменяется, величина R1 почти равна Rн. Пока Rвс> R1, почти все напряжение U, поданное на вход делителя, приходится на участок ВС. Только когда Rвс и R1 делаются соизмеримыми, дальнейшее передвижение движка вправо сопровождается бурным ростом напряженияU1 на выходе. Обычно при выборе реостата для делителя исходят из условия: . При этом проверяют, чтобы номинальный ток реостата был не меньше, чем .

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

  1.  Собрать цепь по схеме II (рис.2), где = 7,5 В, R- реостат (200 Ом, 1А),

l= 23 см. Использовать вольтметр Э-515 на 7,5 В с Rv= 100 Ом.

  1.  Изменяя длину левой части реостата, изучить зависимость U1= f(x),  

х =4, 8, 12, 16, 20 см и до конца реостата. Напряжение U1 измерять вольтметром и рассчитывать по формуле (10).

Результаты измерений и расчетов внести в табл. 2.

Построить графики зависимости U1= f(x) для U1 изм. и U1 расч.

Таблица 2

№п/п

х

U1.
изм.

U1.
расч.

(см)

(В)

(В)

1

4

2

8

3

12

4

16

5

20

6

23

3) Заменить вольтметр Э-515 в схеме на вольтметр В7-35 и проделать все, указанное в пункте 2.При выполнении заданий пункта 3 рассчитывать U1 по формуле (12). Результаты измерений и расчетов внести в таблицу 3, аналогичную таблице 2. Построить графики зависимости U1= f(x) для
U
1 изм. и U1 расч. на одном листе с графиками пункта 2. Около каждого графика подписать значения R и Rv., кривые выполнить разным цветом.

  1.  Сделать выводы - рекомендации по поводу выбора реостата в качестве делителя напряжения.

Примечание: входное напряжение U, необходимое для расчетов по формулам (10) и (12) взять по показаниям вольтметра В7-35 при х = l.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Почему при расчете сопротивления участка АВ (I ч. работы) не учитывалось наличие вольтметра, подключенного параллельно участку, содержащему Rн, Rр и RА ?

Вывести в лабораторном журнале формулы (10) и (12).

3.Каковы принципы действия вольтметров Э-515 и В7-35? Почему сопротивление вольтметра В7-35 велико?

6

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61596. Shopping for clothes 21 KB
  Задачи урока: 1.Общеобразовательные: активизировать словарь учащихся; повторить пройденный материал; усвоить и применить в речи лексику по теме «Одежда»; выработать навык сознательного и выразительного чтения...
61597. Образование мочи 20.47 KB
  Образовательные: 1 показать механизм мочеобразования; 2 изучить этапы образования мочи; 3 рассказать об урологических заболеваниях и их предупреждение.
61598. А. К. Толстой. ”Илья Муромец” 16.98 KB
  Работать над характеристикой героя; развивать речь мышление воображение воспитывать интерес к родной литературе. Любили его отец с матерью да только плакали на него поглядывая: тридцать лет Илья на печи лежит ни рукой ни ногой не шевелит.
61599. Былина «Илья Муромец и Святогор» 24.36 KB
  Цель: сформировать представления детей о былинах и былинных героях. Задачи: Образовательная – способствовать формированию у учащихся целостного представления об основной идеи произведения; организовать деятельность учащихся по восприятию и осмыслению текста нового произведения...
61600. Стихи о Родине 27.14 KB
  Цель: Выразительно читать, анализировать стихотворения Задачи урока: 1. Познакомить детей со стихотворениями С.А. Есенина о Родине. 2. Учить видеть в тексте эпитеты, сравнения, олицетворения.
61601. Правописание звонких и глухих согласных на конце слова 26.23 KB
  ЦЕЛЬ: формировать у учащихся умение находить в слове орфограмму парный согласный на конце слова и правильно графически её обозначать.
61602. Экологическая безопасность 53.39 KB
  Деятельность учителя Деятельность учащихся Учитель: Мы начинаем урок окружающего мира. Учитель: Что необходимо для жизни Свет тепло воздух вода и др. Учитель: Сегодняшний урок я хочу начать с просмотра ролика.
61603. Какие бывают животные? 13.5 KB
  Раздаточный материал в больших и маленьких конвертах; Структура: Организационный момент Актуализация знаний Сообщение задач урока Физкультминутка Закрепление Рефлексия Подведение итогов...