Лабораторное занятие 3. Исследование цепи неразветвлённой цепи с несколькими источниками эдс. Построение потенциальной диаграммы Цель

• Название: Исследование цепи неразветвлённой цепи с несколькими источниками эдс. Построение потенциальной диаграммы Цель
• Дата: 18.10.2021
• Размер: 33.76 Kb.
• Имя файла: Лабораторное занятие 3.docx
• Тип: Исследование; #249676

Лабораторное занятие 3
Исследование цепи неразветвлённой цепи с несколькими

источниками ЭДС. Построение потенциальной диаграммы
Цель:
Рассчитать и построить потенциальные программы для неразветвленной электрической цепи с несколькими источниками ЭДС. Опытным путем проверить произведенные расчеты.

1. 
   3 источника ЭДС (три сухих элемента);
   
2. 
   миллиамперметр постоянного тока;
   
3. 
   вольтметр постоянного тока;
   
4. 
   3 известных резистора;
   
5. 
   однополюсный выключатель;
   
6. 
   соединительные провода.
   

Теоретические положения

Закон Ома для всей цепи устанавливает прямо пропорциональную за­висимость между током цепи и ЭДС источника электрической энергии, действующего в этой цепи:

I= E/ (r+r_вн.) =E/R

где R= r +r_т — полное сопротивление цепи, равное сумме внешнего сопротивления г цепи и внутреннего сопротивления г_вн источника энергии.

Величина тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника энергии и обратно пропорциональна полному сопротивлению всей цепи.

ЭДС источника Е численно равна работе, которую совершают силы сто­роннего электрического поля источника по переносу единицы положитель­ного заряда по всей замкнутой цепи. Из формулы закона Ома следует:

E = Ir+Ir= U+ U,

Вн вн'

т.е. ЭДС источника равна сумме внутреннего падения напряжения Uвн в нем и напряжения Uна его зажимах.

Если отключить внешнюю цепь, то подключенный к зажимам источни­ка вольтметр (имеющий очень большое сопротивление) покажет ЭДС Е источника.

При наличии внешней нагрузки вольтметр измеряет напряжение Uисточника.

Зная Е и U,можно найти внутреннее сопротивление r_вн источника:

r_вн =(E-U)/I

Источники ЭДС могут работать в режиме генератора (тогда E=U+ U_m) и в режиме потребителя (тогда Е= U- U_m).

Используя понятие напряжения как разности потенциалов двух точек, можно записать, что напряжение на выводах источника (в общем виде)

U=φ₊ - φ_- =E± U_вн= E±Ir_вн

Знак (+) означает режим работы источника потребителем (тогда Е ис­точника в цепи называется противо ЭДС и в формулу закона Ома подстав­ляется с отрицательным знаком).

Знак (-) означает режим работы источника генератором и Е источника в формулу закона Ома подставляется с положительным знаком.

Неразветвленная электрическая цепь может содержать несколько источ­ников ЭДС и электрических сопротивлений. Ток в такой цепи определяется:



где Е—алгебраическая сумма всех ЭДС, т.е. учитывается направле­ние ЭДС источников (в режиме генератора ток и ЭДС совпадают по на­правлению; в режиме потребителя против оЭДС направлена противопо­ложно току);

R+г — сумма всех сопротивлений.

Если одну из точек цепи соединить с землей (заземлить), ток в цепи не изменится.

Потенциалы точек цепи можно измерить переносным вольтметром, имеющим большое внутреннее сопротивление. При этом отрицательный зажим прибора следует соединить с заземленной точкой (ее потенциал принимается за нулевой), а положительный—с измеряемой. Потенциалы точек можно определить аналитическим способом, т.е. рассчитать по фор­мулам. При этом нужно обходить цепь в направлении тока (оно совпадает с направлением большей ЭДС), начиная с заземленной точки. Ток в рези­сторе всегда направлен от большего потенциала к меньшему. Зная потен­циалы всех точек, можно построить потенциальную диаграмму.

Графическое изображение распределения потенциалов вдоль всей цепи называется потенциальной диаграммой.

Диаграмма строится в осях координат:

• 
  по оси абсцисс в своем масштабе откладываются все сопротивле­ния строго по порядку их расположения в цепи, одно за другим;
  
• 
  по оси ординат в своем масштабе откладываются величины потен­циалов с учетом их знаков.
  

потенциальная диаграмма после всех построений имеет вид ломаной прямой, содержащей наклонные отрезки.
Порядок выполнения
1.Собрать электрическую цепь по заданной схеме.



Снять показания приборов при разомкнутом и замкнутом выключа­теле В,

включая в цепь поочередно все три источника ЭДС.

1. 
   Показания приборов занести в табл. 4.1 и вычислить внутренние сопротивления источников.
   

Таблица 4.1

№ элементов	Показания приборов			Результаты расчетов
	Е,В	U,В	I, A	r = (E-U)/I,Ом
1	9.1	8.4	0.29
2	9.2	8.3	0.29
3	9.2	8.5	0.29

5. Замкнув выключатель В, измерить вольтметром потенциалы всех точек цепи: А, Б, Г, Д, Ж, К (ф_А = 0).

1. 
   Показания приборов занести в Таблицу 4.2
   

№ п/п	Способ определения величин	φБ,В	φГ ,В	φ Д, В	φж,В	φк,В	I.А
1	Из опыта	-3.5	-0.1	-8	0	-8.5	0.29
	Из расчета
2	Из опыта	-0.89	-8.21	-1.8	7.4	6.3	0.29
	Из расчета

1. 
   Вычислить величину тока в цепи и потенциалы всех точек; результа­ты записать в табл. 4.2 и сравнить с опытными данными.
   
2. 
   Изменить направление ЭДС второго элемента Е₂ на обратный и по­вторить действия пунктов 5,6, 7.
   
3. 
   Для каждого случая построить потенциальную диаграмму цепи в масштабе.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Какова цель лабораторного занятия?
   
2. 
   Что называется ЭДС источника?
   
3. 
   Каковы режимы работы источников энергии?
   
4. 
   Какие зависимости устанавливает закон Ома для всей цепи?
   
5. 
   Как определяется напряжение на выводах источника ЭДС?
   
6. 
   Что называется потенциальной диаграммой и что она собой пред­ставляет?
   
7. 
   В каких случаях направления тока и ЭДС источника совпадают, в каких — нет?