42193

Электрическая цепь с одним источником питания и смешанным соединением элементов

Лабораторная работа

Физика

Основные теоретические положения Основными элементами любой электрической цепи являются: а источники электрической энергии электромашинные генераторы аккумуляторные батареи термоэлементы и т. С помощью закона Ома описывается связь между током напряжением и сопротивлением заданного участка цепи . Согласно 1му закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов сходящихся в любом узле цепи равна нулю т. Так как при параллельном соединении все элементы находятся под одним и тем же напряжением то используя закон Ома это уравнение можно...

Русский

2013-10-27

130 KB

12 чел.

Лабораторная работа №1

Электрическая цепь с одним источником питания

и смешанным соединением элементов

Цель работы:

  1.  Изучить способы соединения приемников электрической энергии.
  2.  Проверить опытным путем законы Ома и Кирхгофа.

Основные теоретические положения

Основными, элементами любой электрической цепи являются:

а) источники электрической энергии (электромашинные генераторы, аккумуляторные батареи, термоэлементы и т.д.);

б) передающие устройства (линии электропередачи);

в) приемники электрической энергии (нагревательные элементы, осветительные приборы, электрические двигатели и т.д.).

Как правило, в электрическую цепь включаются устройства защиты и управления (плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные пускатели, рубильники и т.д.).

При необходимости она может быть снабжена преобразующими элементами (повышающими и понижающими напряжение трансформаторами, выпрямителями, инверторами и т.д.), а также контрольно-измерительными приборами (амперметрами, вольтметрами и т.д.).

Расчет и анализ электрических цепей может быть проведен с помощью законов Ома и Кирхгофа, являющихся основными законами электротехники.

С помощью закона Ома описывается связь между током, напряжением и сопротивлением заданного участка цепи

.

При составлении уравнений по законам Кирхгофа необходимо предварительно задаться положительными направлениями токов и напряжений. При этом нужно учитывать, что в приемниках электрической энергии напряжение и ток направлены в одну сторону, а в источниках питания -  в противоположную.

Согласно 1-му закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле цепи, равна нулю, т.е.

.

Со знаком "+" в это уравнение следует включать токи, направленные к узлу, а со знаком "-" – токи, отходящие от узла (допускается и наоборот).

С помощью этого закона может быть описано, например, электрическое состояние схемы, представляющее собой параллельное соединение элементов и показанное на рис. 1 а.

  или   .

Рис. 1. Параллельное соединение элементов:

а – общая схема; б – включение нагревательного элемента (НЭ), двигателя (М) вентилятора и ламп накаливания (Л); в - включение амперметра с шунтом.

Так как при параллельном соединении все элементы находятся под одним и тем же напряжением, то, используя закон Ома, это уравнение можно записать в виде

;     ;     ,

где RЭ и gЭ – эквивалентные сопротивление и проводимость данной цепи соответственно.

Благодаря тому, что параллельное соединение обеспечивает одинаковое напряжение на всех приемниках, оно нашло широкое распространение в практической электротехнике.

Так, например, параллельно включаются осветительные устройства, нагревательные элементы, радио- и телеаппаратура, холодильники и др., электроприемники в жилых домах (рис. 1 б).

Нередко такое соединение используется для расширения пределов измерения амперметров (рис. 1 в) и в других случаях.

По 2-му закону Кирхгофа алгебраическая сумма напряжений всех участков замкнутого контура равна нулю:

    или     .

При составлении уравнений по этому закону слагаемые берут со знаком "+", когда произвольно выбранное направление обхода контура совпадает с направлением U или I. В противном случае слагаемые берут со знаком "-". Например, для цепи, показанной на рис. 2 а

    или     .

Рис. 2. Последовательное соединение элементов:

а – общая схема; б – схема расширения пределов измерения; в – схема генератора постоянного тока

Так как при последовательном соединении по всем элементам протекает один и тот же ток, то, используя закон Ома, можно записать

    или     .

Приемники электрической энергии последовательно соединяются относительно редко, т.к. исключается возможность независимого их включения и отключения, а при выходе из строя одного из приемников отключаются и все остальные.

В качестве примера  можно привести  схему генератора постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 2 в). В измерительной технике последовательным включением добавочных резисторов расширяют пределы измерения вольтметров (рис. 2 б) и т.п.

Сложным (смешанным) соединением называют электрические цепи, в состав которых входят последовательно и параллельно соединенные участки.

К такому соединению относится и схема лабораторной установки, показанной на рис. 3.

Рис. 3. Схема лабораторной установки

Электрическое состояние этой схемы описывается следующими уравнениями:

I1 = I2 + I3                                        U=UАД + UДЕ

Таблица измерений и расчетов

№ п/п

Измерено

Вычислено

Токи, мА

1 мА=10-3А

Напряжение,

В

Сопротивление,

Ом

I1

I2

I3

U

UАД

UДЕ

R1

R2

R3

RЭ

RЭ

1

2

3

Расчетные формулы

                             R1 = UАД / I1; R2 = UДЕ / I2; R3 = UДЕ / I3.

 

                     - 1-ый способ

                            - 2-ой способ

Вывод:  

Контрольные вопросы:

  1.  Какое соединение называется последовательным, параллельным, смешанным?
    1.  Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
      1.  Сформулируйте 1-й и 2-й законы Кирхгофа.
        1.  Как изменятся показания всех приборов схемы, если при неизменных R2, R3, U:

а) уменьшить R1;

б) увеличить R1;

  1.  Назовите единицы измерения тока, напряжения, ЭДС, сопротивления, проводимости.
    1.  Что такое электрический ток, напряжение, ЭДС, сопротивление, проводимость?
      1.  Расскажите о порядке выполнения лабораторной работы.
        1.  Соберите схему лабораторной установки.


M

Э

A

U

1

I

1

R

2

R

б

а

I

2

I

Л

I

R

I

A

I

R

а

б

в