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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61491. История. Древне-Русское государство 23.84 KB
  Борьба Руси с иноземными завоевателями. подготовить 1 вопрос а также принятие христианства на Руси и его историческое значение. Он сделал немало для укрепления Киевской Руси. И при нем же произошло крещение Руси.
61494. Восстановление государственности. Воцарение династии Романовых 22.04 KB
  В этом веке происходил заметный подъём земледелия главным образом за счёт расширения посевных земель. В 17 веке началась распашка черноземных земель. В этом веке происходило целенаправленное совершенство С Х техники особенно сохи к тому времени существовало 12 разновидностей сохи.
61498. КАК НЕ НАДО ДАВАТЬ ОТКРЫТЫЙ УРОК 27.6 KB
  Чтобы не сбиться на традиционное описание правильного урока это очень большая тема значительно превосходящая объемы одной статьи и рассматривать только те моменты которые вызывают мое несогласие я буду давать рекомендации от противного: как не надо давать открытый урок.
61499. Как организовать урок с учетом темпераментов учащихся 12.56 KB
  Добросовестно выполняя задания учителя он предпочитает однако репродуктивные методы. Стремится как можно полнее уяснить суть задания и способы решения и лишь затем приступает к его выполнению. Поэтому целесообразно давать ему задания на длительны и период времени. При этом желательно чтобы наряду с практической например вычислительной частью в ней были и задания на актуализацию изученного теоретического материала.