Лабораторная работа №1. Лабораторная работа Исследование линейных резистивных цепей Цель работы

• Название: Лабораторная работа Исследование линейных резистивных цепей Цель работы
• Дата: 13.02.2023
• Размер: 0.64 Mb.
• Имя файла: Лабораторная работа №1.docx
• Тип: Лабораторная работа; #933793

Лабораторная работа № 1. Исследование линейных резистивных цепей
Цель работы: экспериментальное исследование простых резистивных цепей. В результате выполнения лабораторной работы студенты должны

знать:

• 
  закон распределения тока в ветвях электрической цепи;
  
• 
  закон распределения напряжения на участках электрической цепи;
  
• 
  знать эквивалентные преобразования в электрических цепях;
  

уметь:

• 
  составлять уравнения электрического равновесия;
  
• 
  составлять уравнения энергетического баланса;
  
• 
  проводить расчет токов и напряжений в простых цепях постоянного тока;
  

приобрести навыки:

• 
  экспериментальной работы с измерительными приборами, измерения токов, напряжений и сопротивлений.
  

Теоретическая часть
Простыми резистивными цепями называются цепи, элементы в которых соединены последовательно, параллельно, смешанно. Расчет таких цепей с одним источником энергии проводится с помощью закона Ома.

Последовательное соединение резистивных элементов. При последовательном соединении элементов (рис. 1,а) через элементы протекает один ток, который определяется по закону Ома:
,

где эквивалентное сопротивление цепи.

При последовательном соединении резистивных элементов эквивалентное сопротивление определяется по формуле
.

Напряжение на элементах

Сумма напряжений на каждом элементе равно приложенному напряжению источника



Последовательное соединение резистивных элементов можно преобразовать в одно эквивалентное сопротивление (рис. 1, б), при этом ток не изменится.


а б

Рисунок 1 – Последовательного соединение резисторов
В основе эквивалентных преобразований лежит принцип эквивалентности, согласно которому напряжения и токи в ветвях схемы не затронутых преобразованием остаются неизменными. Эквивалентные преобразования электрических схем применяются для упрощения схем и расчетов.

Параллельное соединение элементов. При параллельном соединении резистивных элементов (рис. 2, а) напряжение на зажимах всех резистивных элементах будет одинаковое

В каждой ветви цепи протекает различный ток. Сумма всех токов равна входному току: .


а б
Рисунок 2 – Параллельное соединение резисторов
Токи в параллельных ветвей

Ток в неразветвленной части цепи:

Эквивалентное сопротивление и эквивалентная проводимость при параллельном соединении резистивных элементов определяются формулами
.
Электрическую цепь из параллельно соединенных резистивных элементов, можно заменить одним эквивалентным сопротивлением (рис.2), при этом ток в неразветвленной части остается неизменным.

Смешанное соединение элементов. Смешенное соединение резистивных элементов показано на рисунке 3.

а б

Рисунок 3 – Смешанное соединение резисторов
Ток в неразветвленной части определяется .

Эквивалентное сопротивление всей цепи
.
Токи в параллельных ветвях определяются формулой разброса токов:
.
В любой электрической цепи выполняется баланс электрической мощности: алгебраическая сумма мощностей, генерируемая источниками энергии, равна суммарной мощности потребляемой потребителями.

Для цепи со смешанным соединением элементов необходимо выполнение баланса электрической мощности:
.
Данная лабораторная работа посвящена исследованию простейших цепей постоянного тока.

Экспериментальная часть
Задание 1. Измерить ток и напряжения в последовательной цепи. Для проведения измерений приведите компьютер в рабочее состояние и откройте программу Electronics Worcbench.

1.1 Согласно варианту задания (таблица 1), на наборном поле соберите схему, изображенную на рисунке 4,а. Подключите цепь к источнику постоянного напряжения и установите напряжение источника питания .


а б

Рисунок 4.
1.2. Включите в цепь амперметры и вольтметры и измерьте ток вдоль последовательной цепи и напряжения на зажимах элементов . Результаты занесите в таблицу 2. Измеряя токи и напряжения на элементах, убедитесь, что ток в любой точке последовательной цепи одинаковый и что, сумма напряжений на элементах равна напряжению, приложенному ко всей цепи.

1.3. С помощью омметра измерьте сопротивление каждого резистора . Результаты измерений занесите в таблицу 2.

1.4. С помощью экспериментальных данных рассчитайте мощность каждого резистора и мощность источника . Проверьте выполнение условия баланса мощностей.
Таблица 2

, В	, В	,В	, В	, A	Ом	Ом	Ом	, Вт	, Вт	, Вт	Вт

1.5. Рассчитайте ток и напряжения на элементах в схеме с последовательным соединением резисторов (рис.4) и сопоставьте расчетные и экспериментальные значения. Сделайте выводы.

Задание 2. Измерить токи и напряжения в параллельной схеме.

1.1. Соберите схему, изображенную на рисунке 5,а. Подключите цепь к источнику постоянного напряжения и установите напряжение источника .

1.2. Измерьте токи и напряжения . Результаты измерений занесите в таблицу 3. Проверьте выполнение законов Кирхгофа.


а б

Рисунок 5.
1.3. С помощью омметра измерьте эквивалентное сопротивление цепи .

1.4. По результатам измерения, рассчитайте мощность каждого резистора и мощность источника . Проверьте выполнение условия баланса мощностей.

Таблица 3.

В	A	A	A	,A	,Oм	,Вт	,Вт	,Вт	,Вт

1.5 Рассчитайте схему с параллельным соединением резистивных элементов, сопоставьте расчетные и экспериментальные значения, сделайте выводы.

Задание 3. Измерить токи и напряжения на элементах цепи при смешанном соединении.

1.1 Cоберите схему, согласно рисунку 6,а. Подайте постоянное напряжение на вход схемы и установите его значение.

1.2 Измерьте токи и напряжения на элементах. Измерьте сопротивления последовательного и параллельного участка , ; измерьте эквивалентное сопротивление цепи . Результаты занесите в таблицу 4.

1.3. По результатам измерений рассчитайте активную мощность каждого элемента и мощность источника. Результаты расчетов занесите в таблицу 4. Проверьте выполнение условия баланса электрических мощностей.
а б

Рисунок 6.

1.4 Рассчитайте токи и напряжения в схеме со смешанным соединением элементов, сопоставьте расчетные и экспериментальные значения, сделайте выводы.

Таблица 4

, В

, В

, В

, В

, А

, А

, А

, Ом

, Ом

, Ом

, Вт

, Вт

, Вт

, Вт

, Вт

1.5 Проверить выполнение первого и второго законов Кирхгофа при смешанном соединении элементов.

1.6 Сделайте выводы по работе.

Таблица 1

№ вар- тов	U, В	, Ом	, Ом	,Ом	, Ом
1	10	100	330	470	220
2	8	330	150	220	150
3	8	220	100	150	220
4	15	330	470	220	330
5	12	220	100	330	150
6	20	100	50	20	70
7	30	150	20	50	30
8	20	5	10	8	15
9	25	10	5	8	15
10	15	5	6	8	4
11	20	10	5	10	2
12	10	30	15	2	8
13	20	5	10	8	2
14	30	5	15	10	5
15	40	100	50	150	20
16	50	150	20	100	50
17	60	120	80	30	50
18	40	100	20	50	60
19	30	20	50	80	20
20	50	30	10	20	40

Контрольные вопросы

1. Чем характеризуется последовательное соединение резистивных элементов?

2. Как определяется входное сопротивление при последовательном соединение резистивных элементов?

2. Чему равно входное сопротивление при параллельном соединении резистивных элементов?

3. Пять резисторов с сопротивлениями по 20 Ом каждый, соединены последовательно, чему равно эквивалентное сопротивление цепи?

4. Чему равно эквивалентное сопротивление десяти параллельно соединенных сопротивлений, если сопротивление каждого элемента равно ?

5. Определите эквивалентное сопротивление схемы, указанных на рисунке для двух положений 2-2¹ разомкнуты и замкнуты, если