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

39 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

7195. Земельное право 247.5 KB
  Общие положения. 1. Дисциплина Земельное право включена в федеральный компонент цикла общепрофессиональных дисциплин ГОС ВПО по специальности 030105.65, 030500.68 Юриспруденция. 2. В современных условиях возрастает роль земельного права в пров...
7197. Земельне право. Земельне право як галузь права 817.5 KB
  Земельне право Лекція № 1. Земельне право як галузь права. План I. Предмет земельного права. II. Поняття земля, земельна ділянка та земельні ресурси. III. Методи земельного права. IV. Поняття земельного права V. Система земельного ...
7198. Економіка (Економічна теорія) Теоретичний матеріал аудиторних занять 686.5 KB
  Економіка (економічна теорія). Теоретичний матеріал аудиторних занять(частина ІІ) для студентів денної форми навчання Запорізького гідроенергетичного коледжу Запорізької державної інженерної академії. - Запоріжжя, 2012 ЗМІСТ 1 Пояснювальн...
7199. Економічна теорія. Методи дослідження економічних явищ 785 KB
  Пояснювальна записка Предмет загальноосвітнього циклу Економіка інтегрується в дисципліну Економічна теорія, що входить до навчальних планів підготовки молодших спеціалістів усіх неекономічних спеціальностей. Їх вивчення має на меті...
7200. Shares and stocks in the UK. Акції, акціонерний капітал 48.5 KB
  Тема: Shares and stocks in the UK. Акції, акціонернийкапітал Вид заняття: семінар-практикум. Мета: вдосконалювати та поглиблювати закріпленні знання, розвивати вміння і навички роботи з додатковою літературою, оволодівати методами ...
7201. Comparing figures. Calculating 74.5 KB
  Тема: Comparing figures. Calculating.. Вид заняття: самостійна робота. Мета: розвивати самостійність студентів, розвивати вміння і навички роботи з додатковою літературою, оволодівати методами добору матеріалу, вчитися виділяти головне. ...
7202. Telephone and fax numbers. Document numbers, dates, times. Money 39.5 KB
  Тема: Telephone and fax numbers. Document numbers, dates, times. Money. Вид заняття: самостійна робота. Мета: розвивати самостійність студентів, розвивати вміння і навички роботи з додатковою літературою, оволодівати методами добору мате...
7203. Points and commas infigures 33 KB
  Тема: Points and commas infigures. Вид заняття: самостійна робота. Мета: розвивати самостійність студентів, розвивати вміння і навички роботи з додатковою літературою, оволодівати методами добору матеріалу, вчитися виділяти головне. Літе...