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

72 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

85306. Основные мифологические циклы: классификация 36.49 KB
  К древнейшим и самым примитивным мифов принадлежали мифы о животных (или зооморфные) и зооантропоморфных мифы. Элементарные из них представляют собой наивное объяснение отдельных признаков животных. Глубоко архаические мифы - о происхождении животных от людей или мифологические представления о том, что люди были когда-то животными.
85307. Системы исходных понятий народной художественной культуры 37.16 KB
  Основными понятиями являются культура ценности традиция этническая культура. Ценности первым кто ввел это понятие в научный оборот был польский психолог В. Для большинства исследователей понятие ценности сродни понятию установка. Клакхон ценностиэто осознанное или неосознанное характерное для индивида или группы индивидов представления о желаемом которое определяет выбор целей с учетом возможных последствий.
85308. Календарные праздники и обряды: структура, функции, художественные элементы 35.95 KB
  Основные зимние праздники приходились на январь. Дети девушки и парни под Рождество ходили по домам колядовать Колядовали и в Новый год. Молодежь наряжалась стариками и старухами цыганами гусарами; мазали лица сажей надевали вывороченные наизнанку шубы и ходили по деревне подшучивая над всеми разыгрывая сценки веселясь. Ходили друг к другу в гости обильно угощались блинами оладьями пирогами была и выпивка.
85309. Календарные праздники и обряды на Руси; их связь с зимним и летним солнцеворотами; весенним и осенним равноденствием; с циклами сельскохозяйственных работ; с языческими и христианскими основами веры 35 KB
  Важнейшие на Руси языческие обряды и праздники были слиты с земледельческим трудом с жизнью природы а значит с мифологическими олицетворениями природных сил. Первыми еще в глубокой древности возникли праздники связанные с земледельческим календарем предков восточных славян. Начинаясь в декабре когда солнце поворачивается на лето предвещая скорое пробуждение кормилицы материземли от зимнего сна и заканчиваясь осенью с завершением уборки урожая праздники составляли целостный календарный цикл.
85310. Система церковных праздников 35.79 KB
  Среди двунадесятых праздников три подвижных: Вход Господень в Иерусалим за неделю до Пасхи Вербное воскресенье Вознесение Господне Вознесение в 40й день по Пасхе и день Святой Троицы Пятидесятница Троица в 50й день по Пасхе. Неподвижные великие праздники: Крещение Господне Богоявление Водокрещи Иордань 619 января; Сретение Господне Сретение 215 февраля; Благовещение Пресвятой Богородицы Благовещенье 25 марта 7 апреля; Преображение Господне второй Спас Спас на горе средний Спас Спас яблочный 619...
85311. Классификация традиционных календарных праздников и обрядов русского народа 37.14 KB
  Расписное яйцо было столь важным атрибутом обрядов что длительное время примерно с Х века держался обычай пользоваться специально изготовленными керамическими разукрашенными яйцами писанками. Для землепашца это время критическое все что мог он на полях сделал брошенное зерно дало всходы теперь все зависело от природы а значит от прихоти управляющих природными стихиями существ. И ожидали в это время от русалок не только шалостей и козней но и орошения полей живительной влагой способствующей колошению хлебов. Во время праздника...
85312. Функции фольклора 29.24 KB
  Функции фольклора в целом и отдельных его жанров не могли не изменяться в зависимости от общих изменений структуры всей духовной культуры от типа соотношения фольклорных и условно говоря ldquo;нефольклорныхrdquo; форм и видов духовной культуры. Важнейшие общественные функции фольклора функции народной истории народной философии народной социологии.
85313. Методология и методы изучения народной художественной культуры 33.46 KB
  Виды научных исследований в области НХТ. Теоретические исследования НХК выявление сущности принципов функций закономерностей развития НХТ и т. Фольклористические исследования фиксирующие образцы НХТ выявляющие особенности жанров сказки песни театральные тексты и т. Понятие модели в педагогике возможности педагогического моделирования в разработке направлений развития объединений и организаций занимающихся НХТ.
85314. Традиционное народное жилище: структура, функции 44.65 KB
  Кочевой образ жизни издавна определил тип герметически замкнутого компактного жилищасборноразборной сооружения из решетчатого каркаса и войлочного покрытия круглого в основания и полусферическим верхом. Остов стен составляется из связанных между собой складных деревянных решёток которые определяют размеры и вместимость жилища. Если северная часть считалась почётной то южное пространство примыкающая к двери самая низшая часть жилища. Таким образом круглая юрта оригинальный исторически сложившийся образец жилища идеально...