41726

Исследование электрической цепи с последовательным и параллельным соединениями приёмников электрической энергии

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Проверка на опыте особенностей последовательного и параллельного соединения резисторовэ,и при этом образуется неразветвленная цепь или участок цепи. Для последовательного соединения характерно то что во всех этих резисторах возникает одинаковый ток а падения напряжения на них пропорциональны сопротивлениям: Каждое сопротивление может быть найдено по формулам: Падение напряжения на всем участке цепи равно сумме падений напряжений на каждом резисторе: Эквивалентное сопротивление участка цепи равно сумме сопротивлений каждого резистора: Если же к концам участка вместо трех резисторов подключить эквивалентный...

Русский

2013-10-24

349.01 KB

44 чел.

Лабораторная работа №2

Исследование электрической цепи с последовательным и параллельным соединениями приёмников электрической энергии

Цель работы: проверка на опыте особенностей последовательного и параллельного соединения резисторов.

Оборудование:

Краткое изложение теоретического материала

  1.  Последовательное соединение резисторов — это такое соединение, когда к концу одного резистора присоединяется начало другого, к концу второго — начало третьего и т. д. и при этом образуется неразветвленная цепь или участок цепи.

Если резисторы или любые другие нагрузки соединены последовательно (рис. 2.1), по ним проходит один и тот  же ток. Величина тока определяется приложенным напряжением U и эквивалентным сопротивлением Rэкв:

I = U / Rэкв,

где Rэкв = R = R1 + R2 + R3.

Рис. 2.1

На каждый отдельный резистор при этом приходится некоторое частичное напряжение. Сумма частичных напряжений в соответствии со вторым законом Кирхгофа равна полному приложенному напряжению:

IR1 + IR2 + IR3 = U.

Для последовательного соединения характерно то, что во всех этих резисторах возникает одинаковый ток, а падения напряжения на них пропорциональны сопротивлениям:

Каждое сопротивление может быть найдено по формулам:

Падение напряжения на   всем участке   цепи равно сумме падений напряжений на каждом резисторе:

Эквивалентное сопротивление   участка   цепи равно сумме сопротивлений каждого резистора:

Если же к концам участка вместо трех резисторов подключить эквивалентный резистор с сопротивлением Rэкв и подать такое же напряжение U, то в участке установится ток такой же силы I, что и при последовательном соединении резисторов:

Следовательно,

Если сопротивления резисторов равны

то эквивалентное сопротивление

где n — число последовательно соединенных резисторов. Мощность   резисторов   можно   определить по формулам:

и т. д.

Мощность всего участка с последовательным соединением резисторов

  1.  Параллельное соединение резисторов — это такое соединение, когда начала всех резисторов соединены в одну точку, а концы — в другую.

Если резисторы или любые другие нагрузки соединены параллельно (рис.2.2), все они находятся под одинаковым напряжением:

U = UR1 = UR2 = UR3

Рис. 2.2

В каждой ветви цепи протекает свой ток. Сумма токов всех ветвей в соответствии с первым законом Кирхгофа равна полному току:

I = I1 + I2 + I3.

Величина тока ветви зависит от приложенного напряжения и сопротивления данной ветви:

Ток в неразветвленной части цепи зависит от приложенного напряжения и эквивалентного сопротивления цепи:

Для вычисления эквивалентного сопротивления цепи служит формула:

Для цепи с двумя параллельно соединенными резисторами:


Для параллельного соединения характерно одинаковое падение напряжения на каждом резисторе и на всем участке:

 Сила токов в параллельных ветвях обратно пропорциональна

сопротивлениям:

 Каждое сопротивление может быть найдено по формулам:

 Сила тока в неразветвленной части цепи  равна сумме сил токов всех ветвей.

Эквивалентное сопротивление двух ветвей определяется по формуле

трех ветвей

 Если сопротивления ветвей равны, то эквивалентное сопротивление участка

где m — число параллельных ветвей.

Эквивалентная проводимость при параллельном соединении определяется как сумма проводимостей всех ветвей:

где

проводимости ветвей. Для m одинаковых резисторов эквивалентная проводимость:

 Силы токов в ветвях находят по формулам:

для неразветвленной части

 Мощность, поглощаемая резисторами при параллельном соединении, можно рассчитать по формулам, аналогичным для последовательного соединения:

и т. д.

Электрическая энергия, выработанная источником, в потребителях переходит в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую и т. д., поэтому будет справедливо уравнение, называемое балансом мощностей:

где Р = Е·I — мощность источника энергии; Р1, Р2, Р3— мощности потребителей.

Для упрощения расчета часто потребители, преобразующие электрическую энергию в механическую или световую, заменяют эквивалентными потребителями, преобразующими электрическую энергию в тепловую, т, е, получают эквивалентную схему замещения.

Программа выполнения работы

Экспериментальная часть 1

Задание

Измеряя токи и напряжения, убедиться, что ток одинаков в любой точке последовательной цепи и что сумма напряжений на трёх резисторах равна напряжению,  приложенному ко всей цепи. Сравнить результаты измерения с расчётом.

Порядок выполнения эксперимента

  1.  Соберите цепь согласно монтажной схеме (рис. 2.3). Последовательно с резисторами 47,  100 и 220 Ом включите специальные  миниблоки для подключения амперметра.
  2.  С помощью двухжильного кабеля со штекером поочередно подключайте к этим миниблокам  мультиметр в режиме измерения тока и измеряйте ток вдоль всей последовательной цепи. Убедитесь, что ток имеет одно и то же значение и запишите его в табл. 2.1.
  3.  Затем измерьте напряжения на каждом резисторе, а также полное напряжение на входе цепи. Все измеренные величины занесите в табл. 2.1.
  4.  Рассчитайте эквивалентное сопротивление цепи, ток и падение напряжения на каждом резисторе. Результаты занесите в табл. 2.1 и сравните с измеренными значениями.

Рис. 2.3

Расчётно-практическая часть 1

Таблица 2.1

Ток (I), мА

Падения напряжения

на резисторах, В

Напряжение на входе цепи, В

47 Ом

(U1)

100 Ом

(U2)

220 Ом

(U3)

Rэкв=…        Ом

          (U)

Измеренные значения

Рассчитанные значения

  1.  Проверьте выполнение второго закона Кирхгофа  по экспериментальным и по расчётным значениям напряжений:

U = U1 + U2 + U3.

  1.  Рассчитать мощность каждого реостата, эквивалентное сопротивление, а также мощность всей цепи. Результаты расчетов записать в таблицу 2.2. Проверить баланс мощностей.

Таблица  2.2

I,

A

U,

В

U1,

В

U2,

В

U3,

В

R1,

Ом

R2,

Ом

R3,

Ом

Rэкв,

Ом

P1,

Вт

P2,

Вт

P3,

Вт

P,

Вт

Вывод: Насколько выполняется  баланс мощностей?  Если баланс не  выполняется, то почему?

Экспериментальная часть 2

Задание

Измеряя напряжения и токи, убедиться, что напряжение, прикладываемое к каждому резистору, одинаково и что сумма токов ветвей равна полному току цепи. Проверить результаты измерения расчётом.

Порядок выполнения эксперимента

  1.  Соберите цепь согласно монтажной схеме (рис. 2.4), вставив последовательно с каждым из резисторов (330, 220 и 470 Ом) специальные миниблоки для подключения амперметра.

Рис. 2.4

  1.  Измерьте напряжение на каждом резисторе, а также напряжение на источнике. Убедитесь, что все они одинаковы и запишите значение напряжения в табл. 2.3.
  2.  С помощью мультиметра, специального кабеля со штекером и миниблоков для подключения амперметра измерьте токи в каждом резисторе и на входе цепи. Результаты запишите в табл.2.3.

Расчётно-практическая часть 2

  1.  Рассчитайте эквивалентное сопротивление цепи, ток в каждом резисторе и на входе цепи. Результаты занесите в табл. 2.3 и сравните с измеренными значениями.
  2.  Проверьте как по экспериментальным, так и по расчётным данным, выполняется ли первый закон Кирхгофа:

I = I1 + I2 + I3.

Таблица 2.3

Напряжение (U), B

Токи в ветвях, мА

Ток на входе цепи, мА

330 Ом

(I1)

220 Ом

(I2)

470 Ом

(I3)

Rэкв=…        Ом

          (I)

Измеренные значения

Рассчитанные значения

  1.  Рассчитать проводимость и мощность каждого реостата и всей   цепи,  результаты   расчетов   записать в таблицу.

Таблица 2.4

Из опыта

Из расчёта

U,

В

I1,

A

I2,

A

I3,

A

I,

A

R1,

Ом

R2,

Ом

R3,

Ом

Rэкв,

Ом

g1,

См

g2,

См

g3,

См

g,

См

P1,

Вт

P2,

Вт

P3,

Вт

P,

Вт

Вывод: Насколько выполняется  баланс мощностей?  Если баланс не  выполняется, то почему?

Контрольные вопросы

  1.  Что называют последовательным и параллельным соединением?
  2.  Запишите формулы для расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном соединении.
  3.  Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа.
  4.  Сформулируйте и запишите закон Ома для участка цепи, не содержащего источника э. д. с., и для полной цепи.
  5.  На каком из двух последовательно соединенных резисторах будет больше падение напряжения?
  6.  В какой из двух параллельных ветвей будет больший ток?
  7.  Как рассчитать проводимость ветвей и эквивалентную проводимость при параллельном соединении резисторов?
  8.  Как рассчитать эквивалентную проводимость для последовательного соединения резисторов?
  9.  По каким формулам можно найти мощность, потребляемую резистором?

В отчёте к лабораторной работе №2 должно быть:

  1.  Титульный лист
  2.  Перечень оборудования,  используемого в экспериментальной части
  3.  Схемы электрической цепи экспериментальной части задание 1 и 2.
  4.  Монтажные схемы.
  5.  Таблицы  2.1, 2.2, 2.3, 2.4.
  6.  Вывод


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13284. Классификация затрат на производство и реализацию продукции 67.5 KB
  Деление затрат по функциям деятельности позволяет в планировании и учете определять величину затрат в разрезе подразделений каждой сферы, что является одним из важных условий организации внутрихозяйственного расчета.
13285. Навыки работы с программным пакетом Electronics Workbench (EWB) для виртуального моделирования физических измерительных процессов 89.5 KB
  Лабораторная работа №1 Навыки работы с программным пакетом Electronics Workbench EWB для виртуального моделирования физических измерительных процессов. Цель исследования: Получить начальное представление о базовых возможностях программного пакета EWB необходимых для мод...
13286. Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench 380.5 KB
  Лабораторная работа №2 Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы биполярного транзистора в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения его входной и выходной вольтамперных характер
13287. Виртуальные измерения магнитной индукции на основе эффекта Холла в среде Electronics Workbench 333.5 KB
  Лабораторная работа №3 Виртуальные измерения магнитной индукции на основе эффекта Холла в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы датчика Холла в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения с его помощью магнитной индукции. Задание на...
13288. Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench 367 KB
  Лабораторная работа №4 Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения внешнего теплового потока заданного периодической пос
13289. Hands-On Lab Debugging Applications in Windows Azure 818.61 KB
  HandsOn Lab Debugging Applications in Windows Azure Contents Overview3 Exercise 1: Debugging an Application in the Cloud5 Task 1 Exploring the Fabrikam Insurance Application5 Task 2 Running the Application as a Windows Azure Project7 Task 3 Adding Tracing Support to the Application14 Task 4 Creating a Log Viewer Tool25 Verification33 Summary38 Overview Using Visual Studio you can debug applications in your local ...
13290. Автоматизация создания документов с помощью Visual Basic .NET 101.5 KB
  6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Автоматизация создания документов с помощью Visual Basic .NET 6.1. Цель работы: приобретение практических навыков автоматизации создания документов с помощью Visual Basic с использованием инструментальных средств интегрированной среды разработки Vis...
13291. ТЕХНОЛОГІЇ ПРОГРАМУВАННЯ 1.46 MB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторних робіт з дисципліни ТЕХНОЛОГІЇ ПРОГРАМУВАННЯ Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни Технології програмування для студентів напрямів 6.040302 Інформатика 6.040301 Прикладна математика / Упоряд. Кобилін О.А. Маш...
13292. ТЕХНОЛОГІЇ ПРОГРАМУВАННЯ. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ 666 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ З ДИСЦИПЛІНИ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОГРАМУВАННЯ Методичні вказівки до курсового проектування з дисципліни Технології програмування для студентів напряму 6.040302 Інформатика /Упоряд.: Кобилін О.А. Руденко Д.О. Харкiв: ХНУРЕ ...