Лабораторная работа: Изучения применения закона ома для цепей постоянного тока
Лабораторная работа: Изучения применения закона ома для цепей постоянного тока
Лабораторная
работа
ИЗУЧЕНИЯ
ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы:
Углубление знаний о законе Ома для участков цепи и
о законе Ома для полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей
постоянного тока.
Оборудование: учебно-лабораторный стенд «Законы постоянного
тока», мультиметр, три-четыре резистора с известными сопротивлениями, два
гальванических элемента разных типов, соединительные провода.
Введение
Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока: «Зная
величины действующих в цепи э.д.с., внутренние сопротивления источников тока и
сопротивления всех элементов цепи, рассчитать силы токов на каждом участке цепи
и падение напряжения на каждом элементе».
При решении этой задачи используются:
закон Ома для участка цепи
, (1)
I
– сила тока, U – напряжение на участке цепи, R
– сопротивление участка;
закон Ома для полной цепи
, (2)
I – сила
тока, e - э.д.с. источника тока, R
– сопротивление внешней цепи, r – внутреннее сопротивление источника тока.
Непосредственный расчет разветвленных цепей,
содержащих несколько замкнутых контуров и несколько источников тока,
производится с помощью двух правил Кихгофа.
Любая точка в разветвленной цепи, в которой
сходится не менее трех проводников с током, называется узлом. При этом
ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, -
отрицательным.
Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сила
токов, сходящихся в узле, равна нулю:
(3)
Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в
разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на
сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме
э.д.с., встречающихся в контуре:
(4)
Описание стенда «Законы постоянного тока»
В работе используется стенд, состоящий из двух
источников тока (гальванических элементов), набора из четырёх резисторов с
известными сопротивлениями, мультиметра и набора соединительных проводов.
1. При сборке электрических цепей необходимо обеспечить
хороший контакт в каждом соединении.
2. Соединительные провода закручиваются под клеммы по
часовой стрелке.
3. При измерении сил токов и напряжений щупы мультиметра
должны быть плотно прижаты к клеммам.
4. Измерения производятся при кратковременном замыкании
цепи кнопкой.
5. Не следует длительное время оставлять цепь в собранном
состоянии.
Прежде всего, изучите
правила измерений с помощью универсального электроизмерительного прибора –
мультиметра.
Измерение, обработка и представление результатов
измерений
Задание 1. Определение э.д.с. источников тока
Э.д.с. источника тока можно с
достаточно большой степенью точности измерить непосредственно с помощью
вольтметра. Но при этом следует иметь в виду, что при этом измеряемое
напряжение меньше истинного значения э.д.с. на величину падения напряжения на самом
источнике тока.
, (5)
где U –
показания вольтметра.
Разница между истинным значением э.д.с. и измеренным
напряжением при этом равна:
. (6)
При этом относительная погрешность измерения э.д.с.
равна:
(7)
Обычно сопротивление источника тока (гальванического
элемента) равно несколько Ом (например, 1Ом). Если даже
сопротивление вольтметра мало (например, 100 Ом), то и в этом случае
погрешность прямого измерения э.д.с. составляет всего » 1%. Хороший вольтметр, в том числе используемый в мультиметре,
имеет сопротивление порядка 106 Ом. Ясно, что при использовании
такого вольтметра можно считать, что показание вольтметра практически равно
измеряемой э.д.с источника тока.
1. Подготовьте мультиметр к измерению постоянного
напряжения до 2 В.
2. Не вынимая гальванические элементы из креплений,
измерьте и запишите их э.д.с. с точностью до сотых долей вольта.
3. Э.д.с. величина всегда положительная. Соблюдайте
полярность при подключении мультиметра к источникам тока. Красный щуп
мультиметра присоединяется к «+» источника тока.
Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока
Внутреннее сопротивление источника тока можно
вычислить с помощью закона Ома:
. (8)
1. Подготовьте мультиметр для измерения силы
постоянного тока до 10(20) А.
2. Составьте электрическую цепь из последовательно
соединенного источника тока, резистора (одного из набора) и амперметра.
3. Измерьте силу тока в цепи.
4. Рассчитайте и запишите величину внутреннего
сопротивления источника.
5. Аналогичные измерения проделайте для другого
элемента.
Задание 3. Расчёт электрической цепи постоянного тока
1. Соберите электрическую цепь по схеме, предложенной
преподавателем (схемы 1-7).
2. Зачертите схему в отчет по работе и укажите
номиналы выбранных резисторов.
3. С помощью правил Кирхгофа рассчитайте силы токов во
всех ветвях цепи. Вычислите падения напряжений на каждом резисторе.
4. С помощью мультимета измерьте силу тока в доступном
для измерения месте. Измерьте падение напряжения на каждом резисторе.
5. В выводе сравните измеренные и расчетные значения и
укажите причины возможных расхождений.
Задание 4. Соединение источников тока в батареи
1. Источники тока могут соединятся в батареи двумя
основными способами: параллельно и последовательно. Если источники соединяются
последовательно, то их э.д.с. и внутренние сопротивления складываются:
(9)
При параллельном соединении одинаковых источников
тока общая э.д.с. батареи равна э.д.с. одного источника, а внутреннее
сопротивление батареи в n раз меньше внутреннего сопротивления одного источника
тока:
(10)
Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются
обе схемы соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих
соединениях. В выводе сравните расчетные и измеренные значения.
Отчет по лабораторной работе № 3
Изучение применения закона Ома
для расчета цепей постоянного тока
выполненной
учащимся школы «Поиск»
…………………………………………………………………………………
«…….»…………..
200….
Задание 1. Определение э.д.с. источников тока
Первый источник тока e1 =
……… В
Второй источник тока e2 =
……… В
Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока
Первый источник тока
R = ………
Ом, I = ……… А, r1 = ……… Ом
Второй источник тока
R = ………
Ом, I = ……… А, r2 = ……… Ом
Таблица 1
|
I1,
А
|
I2,
А
|
I3,
А
|
U1,
В
|
U2,
В
|
U3,
В
|
Вчисленные значения |
|
|
|
|
|
|
Измеренные
значения
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………