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

28239. ТЕМПЕРАМЕНТ: ЕГО СВОЙСТВА И ТИПОЛОГИЯ 31.5 KB
  эмоциональная неустойчивость – врожденная склонность человека входить в состояние эмоционального напряжения тревожность – степень личностного ситуативного эмоционального напряжения в угрожающей ситуации или ситуации повышенной ответственности утомляемость работоспособность врабатываемость импульсивность – быстрота реакции непроизвольных движений приспособление к непосредственно действующим раздражителям быстрота принятия решения и его исполнение ригидность пластичность – степень легкости приспособления к новой ситуации...
28240. Характер: свойства, детерминация, формирование 66.5 KB
  Олпорт: Черты характера это нравственно оцениваемые черты личности следовательно определенной культуре определенная трактовка одного и того же свойства. Выраженность характера определяется четкостью тенденций и способностью подкрепить их. Мерлин: Черты характера это свойства личности в целом которые проявляются в социальнотипических ситуациях. Функции характера: 1.
28241. Теории типов и черт характера. Акцентуации характера. Патологии характера 51 KB
  Теории типов и черт характера. Акцентуации характера. Патологии характера. Классификация черт характера Ананьева: Коммуникативные Возникают первыми в процессе онтогенеза т.
28242. Способности: природа, типология, формирование и развитие 64 KB
  Способности: природа типология формирование и развитие. Способности – индивидуальнопсихологические особенности определяющие успешность выполнения деятельности не сводимые к навыкам и умениям которые уже выработаны человеком. Способности оцениваются через темп и динамику развития человека: проявляются к 1213 годам в науке – до 20 лет.общие – проявляются во всех видах деятельности: интеллект – глубина обобщенность и подвижность знаний; первичные умственные способности: вербальные пространственные мнемические арифметические умение...
28243. Направленность личности. Потребности и мотивы, мотивация. Ценностные ориентации 48 KB
  Потребности и мотивы мотивация. Маслоу: Основой мотивов являются потребности которые в процессе развития индивида образуют своего рода пирамиду иерархию. В основании пирамиды лежат физиологические потребности голод жажда секс и т. Аффилиативные потребности потребность в принадлежности к какойлибо группе людей в общении и т.
28244. Когнитивный (Ж. Пиаже и Л.Колберг) СОЦИАЛЬНО-КОГНИТИВНЫй (А.БАНДУРА, Д.РОТТЕР), и когнитивно-бихеворальный ( Б.Ф. Скиннер, А. Бек, А. Эллис) подходы к исследованию формирования личности 44 KB
  Причины функционирования человека нужно понимать в терминах непрерывного взаимодействия поведения познавательной сферы и окружения. Данный подход к анализу причин поведения который Бандура обозначил как взаимный детерминизм подразумевает что факторы предрасположенности и ситуационные факторы являются взаимосвязанными причинами поведения. внутренние детерминанты поведения такие как вера и ожидание и внешние детерминанты такие как поощрение и наказание являются частью системы взаимодействующих влияний которые действуют не только на...
28245. Номонетический (Кеттел и Айзенк) и идеографический (Олпорт и Келли) подходы к описанию личности. Метод факторного анализа в психологии личности 108.5 KB
  Номонетический Кеттел и Айзенк и идеографический Олпорт и Келли подходы к описанию личности. Метод факторного анализа в психологии личности. ДИСПОЗИЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ЛИЧНОСТИ Г. В своей первой книге Личность: психологическая интерпретация Олпорт описал и классифицировал более 50 различных определений личности.
28246. Жизненный путь личности: исследования и описаия процессов социализации и индивидуализации 47.5 KB
  Сущность человеческой личности находит себе своё завершающее выражение в том что она не только развивается как всякий организм но и имеет свою историю. В отличие от всех живых существ человечество имеет историю а ее просто повторяющиеся циклы развития потому что деятельность людей изменяя действительность объективируется в продуктах материальной и духовной культуры которые передаются от поколения к поколению. Не только человечество в целом но и каждый человек является в какойто мере участником и субъектом истории человечества и в...
28247. Личность, сознание, деятельность в Концепциях Московской психологической школы. (В.М. Леонтьев и др.) 60 KB
  Общая психология личности и персоналии. Понятие личности характеризуется двумя положениями: Л – целостное и неповторимое единство. Эмпирицзм в исследованиях личности – желание набрать максимальное количество данных и комплексно исследовать личностью Личность – как субъект общественных отношений. Считал что никакое комплексное исследование не в состоянии заменить знанияисторию развития этой личности.