2736

Реостат и делитель напряжения

Лабораторная работа

Энергетика

Реостат и делитель напряжения Приборы и принадлежности: источник тока, два вольтметра, два миллиамперметра, реостат, нагрузочные резисторы. Введение. Реостат – устройство для регулирования тока или напряжения в электрических цепях путем изменен...

Русский

2012-10-18

158.5 KB

80 чел.

Реостат и делитель напряжения

Приборы и принадлежности: источник тока, два вольтметра, два миллиамперметра, реостат, нагрузочные резисторы.

Введение. Реостат – устройство для регулирования тока или напряжения в электрических цепях путем изменения его сопротивления. У различных реостатов сопротивление можно изменять или плавно, или ступенчато.

Существует две схемы включения реостатов.

1.Последовательное соединение (рис.1) реостата и нагрузки (собственно реостат) применяют для регулирования тока в нагрузке RH (и напряжения на ней) в ограниченных пределах, но при сравнительно большой мощности.

2.Параллельное соединение – делитель напряжения (рис.2) – применяют для регулирования напряжения на нагрузке UH  в широких пределах (от нуля до напряжения источника питания U), но при сравнительно малой мощности.

Сопротивление ползунковых реостатов изменяется скачкообразно, а не абсолютно плавно. Величина скачка сопротивления равна сопротивлению одного витка проволоки, которой выполнена обмотка реостата. Если требуется более плавное регулирование тока (напряжения), в цепь включается второй реостат R2, сопротивление которого в 10…20 раз меньше R. Схема тонкой регулировки тока приведена на рис.3, схема тонкого регулирования напряжения – на рис.4.

Упражнение 1. Реостат

Рассмотрим электрическую цепь (рис.5), в которой реостат  работает как регулятор тока (собственно реостат). В этом случае реостат включается в цепь последовательно. Если внутреннее сопротивление вольтметра очень велико, а амперметра мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, ток в цепи будет таким:

,     (1)

где R – сопротивление всего реостата,

Rl – сопротивление действующего участка AD реостата длиной l,

RH – сопротивление                                                                                          нагрузки,

r – внутреннее сопротивление источника тока,  Е – ЭДС источника тока.

При перемещении движка реостата D от А к В сопротивление Rl будет изменяться от нуля до наибольшего R, а ток в цепи –

от наибольшего          до наименьшего   значения.

Найдем так называемую кратность регулирования тока K, которая, по определению, есть отношение наибольшего тока к наименьшему из их диапазона его изменения:

.                                       (2)

Из формулы (2) видно, что пределы регулирования тока реостата тем больше, чем больше отношение R/(RH+r), т.е. чем больше сопротивление реостата по сравнению с сопротивлением нагрузки (внутреннее сопротивление источника тока r, как правило, значительно меньше RH).

Если в электрическую цепь включен регулирующий элемент (реостат), то хочется, чтобы пределы регулирования тока были как можно больше. Однако возможность получения больших K для реостата ограничена. Чем больше сопротивление реостата, тем меньше его допустимый (номинальный) рабочий ток. Включив такой реостат в цепь с мощным источником тока, можно сжечь обмотку реостата. В самом деле, если его движок D находится вблизи клеммы А, сила тока в цепи определяется, в основном, величиной сопротивления нагрузки и если этот ток окажется больше номинального тока реостата, то последний будет испорчен. Кроме того, в случае RRH при приближении движка D к клемме А скачки изменение тока становятся всё бóльшими. Итак, при выборе реостата приходится учитывать и выполнять два условия: 1)сопротивление реостата должно быть больше сопротивления нагрузки RRH, 2) наибольший ток нагрузки не должен превышать номинальный (допустимый для нормальной работы) ток реостата Iнб Iном.

Описание установки. Все приборы, необходимые для проведения измерений, размещены на лабораторной панели: 1)реостат с линейкой (сопротивление R=1200 Ом, номинальный ток 0,5 А), 2)два вольтметра с пределами измерения 15 В, 3)два миллиамперметра с пределами 75 мА и 1,5 мА. Два резистора, выполняющие роль нагрузки, размещены в подвале панели.

Измерения. Работа реостата в качестве регулятора тока изучается при двух нагрузках:  1)RH1=120 Ом (условие RHR),  2) RH2=12000 Ом (RHR).

В первом случае последовательно с нагрузкой включается миллиамперметр на 75 мА, во втором – на 1,5 мА.

1.Соберите цепь с нагрузкой  RH1=120 Ом согласно схеме (рис.5). Тумблер Вк во время сборки должен быть в разомкнутом положении. Постоянное напряжение от лабораторной сети подведено к клеммам с обозначением 6 В.

2.Предложите преподавателю проверить правильность сборки цепи.

3.Внимание! Прежде чем включить тумблер Вк, установите на реостате наибольшее сопротивление (движок D перемещен к клемме В).

4.Включите напряжение питания тумблером Вк. Перемещая движок реостата в сторону уменьшения сопротивления, снимите зависимость напряжения на входе U, напряжения на нагрузке UH и тока в цепи I (он же ток нагрузки) от расстояния l между движком реостата D и клеммой А, отсчитывая его по линейке. Такие измерения следует провести от 42 см до нуля примерно через равные промежутки 4…5 см. Результаты запишите в табл.1.

5.Проведите такие же измерения со второй нагрузкой RH2=12000 Ом.

Таблица 1

Нагрузка 120 Ом

Нагрузка 12000 Ом

l

I

UH

U

l

I

UH

U

Обработка результатов. 1.По данным табл.1 постройте отдельно для каждой нагрузки графики зависимости тока I  и обоих напряжений U и UH от длины рабочего участка реостата l.

2.Вычислите коэффициент кратности регулирования тока для той и другой нагрузки, беря наибольшее и наименьшее значение тока из табл.1. Сопоставьте результаты с формулой (2).

Упражнение 2

Потенциóметр (делитель напряжения)

Использование реостата в качестве регулятора тока в цепи, как было в упр.1, имеет существенный недостаток: невозможно изменять ток от наибольшего значения до нуля, в то время как в этом часто возникает необходимость. От указанного недостатка можно избавиться путем включения реостата не последовательно, а параллельно нагрузке. Такой способ включения называется потенциометрическим, за что тот же реостат, но в ином качестве, получил название потенциометра. Следует подчеркнуть, что потенциометр используется, скорее, не как регулятор тока, а как регулятор напряжения на нагрузке, причем в широких пределах.

Рассмотрим схему электрической цепи (рис.6), в которой реостат работает как потенциометр (его также называют также делителем напряжения).

Как и в упр.1 предполагаем, что сопротивление вольтметров велико, а сопротивление амперметра мало, по сравнению с прочими сопротивлениями цепи). В соответствии с правилами Кирхгофа можно составить следующие уравнения для приведенной цепи:

   – для узла А,

– контур ARHDRlA,

–             для  контура ARBEA.

Решив эту систему уравнений, получим ток нагрузки.

.   (3)

Зная ток, можно вычислить напряжение по закону Ома

.

Проанализируем полученный результат (3). При перемещении движка D от клеммы А до клеммы В сопротивление Rl  увеличивается от нуля до наибольшего – R, следовательно ток IH  и напряжение UH  увеличиваются практически прямо пропорционально перемещению движка от нуля до некоторого наибольшего значения IH нб , которое можно найти, положив Rl=R в выражении (3).

,

напряжение                      .

Посмотрим, какую часть ЭДС источника составляет это напряжение.

.                                           (4)

Как видно из полученного выражения (4), напряжение на нагрузке меньше ЭДС источника. Но во сколько раз? Это зависит от отношений  r/RH  и  r/R.

1.Обычно сопротивление нагрузки должно быть существенно больше внутреннего сопротивления источника тока, RH  r.. К выполнению этого условия надо стремиться, чтобы источник работал с возможно бóльшим КПД.

2.Сопротивление потенциометра не должно быть слишком малым, иначе он будет потреблять от источника слишком большой ток. Поэтому возникает второе условие: R  r.

Таким образом получается, что с помощью потенциометра на нагрузке можно установить любое напряжение в диапазоне от нуля почти до ЭДС источника тока: 0  UH нб  E.  Напряжение UH нб тем ближе к ЭДС источника, чем сильней неравенство  R  r .

3.Итак, мы приходим к выводу, что при выборе реостата для работы в качестве потенциометра должны быть соблюдены оба условия: RH  r  и  R  r.

4.А каково соотношение между сопротивлением нагрузки RH и сопротивлением потенциометра R? Если выбрать потенциометр с большим сопротивлением, так что R  RН, то такое решение является ошибочным, и вот почему. Действительно, пусть движок потенциометра находится вблизи клеммы В (рис.6). Тогда большой ток нагрузки пройдет через участок DB потенциометра, имеющий малое сопротивление, в результате источник тока окажется замкнутым на малое суммарное сопротивление, что повлечет протекание по указанному участку значительного тока, который может оказаться выше номинального и привести к перегоранию этого фрагмента обмотки потенциометра.

Следовательно, для нормальной работы реостата в качестве потенциометра должны быть выполнены следующие непременные условия:

RH R  r.                                                   (5)

Из этих неравенств вытекает возможность применения потенциометров только в маломощных цепях, о чем упоминалось на с.1. Мощность, потребляемая от источника тока, распределяется между нагрузкой и потенциометром обратно пропорционально их сопротивлениям, P=U2/R. Желая передать нагрузке большýю мощность, еще бóльшую мощность мы вынуждены расходовать на потенциометр, так как его сопротивление меньше. Поэтому такой способ регулирования применяется в слаботочных цепях, например в радиоэлектронике.

Измерения. 1.Соберите электрическую цепь согласно схеме (рис.6), используя в качестве потенциометра тот же реостат с линейкой и нагрузку RH1.

Внимание! Перед началом измерений движок реостата должен находиться около клеммы А!

2.После проверки цепи преподавателем включите тумблер Вк.

3.Снимите зависимость тока нагрузки IH, напряжения нагрузки UH и входного напряжения U от положения движка l, перемещая его от клеммы А к клемме В от 0 до 42 см примерно через равные интервалы 4…5 см. Результаты измерений запишите в табл.2.

Таблица 2

ЭДС источника тока Е=

Нагрузка 120 Ом

Нагрузка 12000 Ом

l

IН

UH

U

l

IН

UH

U

4.Измерения п.3 выполните также для нагрузки  RH2.

5.Измерьте и запишите в табл.2 выходное напряжение источника тока при разомкнутой внешней цепи. Его величина близка к ЭДС источника  Е.

Обработка результатов. 1.По данным табл.2 постройте графики зависимости измеренных величин IH,  UH  и  U от положения движка l (отдельно для каждой нагрузки).

2.Вычислите внутреннее сопротивление источника по формуле (4) для RH1.

3.Посмотрите в таблице измерений, какой наибольший ток протекал по нагрузке и при каких условиях? Не опасно ли это для используемого реостата? Сравните его с номинальным током реостата. Дайте письменное заключение по этим вопросам.

Список рекомендуемой литературы

1.Физический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1965. Т.4, с.435–437.

2.Джанколи Д. Физика. М.: Мир, 1989. Т.2, гл. 27.

PAGE  16


EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34517. Творчество У. Эко и постмодернизм 18.02 KB
  Эко и постмодернизм. Много сделал Экоученый для осмысления таких явлений как постмодернизм и массовая культура. Постмодернизм согласно Эко не столько явление имеющее строго фиксированные хронологические рамки а скорее определенное духовное состояние особого рода игра участие в которой возможно и в том случае если участник не воспринимает постмодернистскую иронию интерпретируя предложенный текст сугубо серьезно. По мнению Эко высокая и массовая эстетики в постмодернизме сближаются.
34518. Тема строительства нового общества в литературе ГДР 19.54 KB
  Эти предпосылки были полностью реализованы на территории будущей ГДР. Образование ГДР было закономерным итогом антифашистскодемократического переворота ответом прогрессивных сил немецкого народа на раскол Германии западными державами и западногерманской реакцией. С возникновением ГДР в ней наряду с укреплением антифашистскодемократического порядка начался процесс создания основ социализма.
34519. Духовно-нравственная проблематика и ее художетсвенное воплощение в произведениях писателей ГДР 17.54 KB
  1900; роман Мёртвые остаются молодыми 1949 повесть Человек и его имя 1952 Л. Бределя 190164; романыСыновья 1949 Внуки 1953 Г. Мархвицы 18901965; роман Возвращение Кумяков 1952 в поэзии Э. 1912; роман Чудодей 1957 Б.
34520. Тема неопределенного прошлого в произведениях западногерманских писателей (Г. Белль, Г. Грасс) 22.83 KB
  Грасс Генрих Бёлль 19171985 Входил в Группа 47 объединение писателей не желавш.Тематика: Тема Бунтарства в романе описана в образе причастности к фашистскому движению причастие буйвола большинство окружения Генриха Фемеля прильнули к этим течениям он оставался равнодушным однако еще в юным дал обет не принимать их сторону. А помощница Генриха напротив хотела сбежать от опостылевшей ей правильности и вежливости хозяина. Тема порядка: Фемель был как часы как слаженный механизм он делал все с немецкой дотошностью и...
34521. Мотив клоунады в произведениях писателей ФРГ 17.7 KB
  Широкая известность почти молниеносно распространившаяся за пределами Германии пришла к Грассу с его первым романом Жестяной барабан 1959 и укрепилась после повести Кошкимышки 1961 и романа Собачья жизнь 1963 составивших своеобразный эпический триптих об истории Германии XX в. истории грассовского поколения немцев. Как и Бёлль Грасс отчетливо ощущает роковую преемственность в этой истории неслучайность историческую обусловленность прихода фашистского варварства. И все же творчество Грасса принципиально новый этап в...
34522. Рабочая тема в послевоенной литературе (английский «рабочий» роман, «Группа 61» и творчество М. Грюна) 18.55 KB
  Грюна Значительным явлением в литературной жизни послевоенной Англии стали романы о рабочих. критически освещающих проблемы жизни рабочих. Острокритический роман Светляки и пламя 1963 Два письма Поспишилу 1968 Местами гололед 1973 Жар под золой 1979 о жизни рабочих в ФРГ; политический роман Лавина 1986. В романе фон дер Грюна Местами гололед 1973 критика социального угнетения рабочих на современном капиталистическом предприятии перерастает в критику политического режима.
34523. Пути развития послевоенной американской драматургии 19.82 KB
  Н а убогую окраину огромного города в дом к Стэнли Ковальскому приезжает сестра его жены Бланш Дюбуа. Бланш осталась в поместье и боролась за его существоавние. Позади неудачное замужество муж оказался гомосексуалистом покончил с собой узнав что Бланш раскрыла его тайну; потеря честного имени; в отчаянии Бланш приезжает к сестре. Когда она уезжает в родильный дом Стэнли насилует Бланш и Бланш сходит с ума.
34524. Американский антивоенный роман 15.26 KB
  Его первый роман Пункт 22 1962 роман о войне но одновременно романметафора по словам автора об Америке 50х и 60х и 70х. Главный герой романа капитан Йоссариан вынужден жить в одной палатке с мертвецом: солдат давно погиб но его не признают погибшим ибо отсутствует соответствующий документ. В языке и в композиции романа не случайно преобладает прием навязчивого повтора dej vu.
34525. Личностная пробле6матика в американском романе 60-70х гг. Поиск героя (Д.Апдайк, С.Белооу, У.Стайрон, Д.Гарднер и др) 20.93 KB
  Гарднер и др Проза Апдайка относится к числу самой популярной в послевоенное десятилетие. Апдайка Кентавр принадлежит одновременно к мифологическому и вместе с тем растущему из земли искусству. Но упорядочивать роман Апдайка таким способом нельзя:. Но книга Апдайка не ребус рассчитанный лишь на изощренную сообразительность и специальные знания.