Лаб1. Лабораторная работа 1 Законы Ома и Кирхгофа в резистивных цепях По дисциплине основы теории цепей
 Скачать 89.5 Kb.
|
|
Федеральное агентство связи Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики Межрегиональный центр переподготовки специалистов Лабораторная работа №1Законы Ома и Кирхгофа в резистивных цепях По дисциплине: основы теории цепей___Выполнил: Группа: Вариант: 3 Проверил: Журавлева Ольга Борисовна Новосибирск, 2020 г Лабораторная работа № 1 Законы Ома и Кирхгофа в резистивных цепях Цель работы: Изучение, исследование и проверка законов Ома и Кирхгофа в разветвленной электрической цепи, содержащей источник и резистивные элементы. Подготовка к выполнению работы: При подготовке к работе необходимо изучить: законы Ома для пассивного участка цепи, участка цепи с активными (источники) и пассивными (нагрузки) элементами, замкнутого контура; первый закон Кирхгофа – для узла цепи; второй закон Кирхгофа – для замкнутого контура цепи (глава 1 электронного учебника). Теоретическое исследование Исследовать схему, приведенную на рис. 1.1.  А   Рисунок 1.1 Обозначить в схеме все токи в ветвях и их направления (в схеме с одним источником направления токов в ветвях определяются направлением источника). 3.2. Задать значение э.д.с. источника Е1=10 В. Задать значения сопротивлений резисторов: R1 =100+Nx10 (Ом), где N – номер варианта (последняя цифра пароля); R2=R3=R4=R5=R6=100 Ом. 3.3. Определить (рассчитать) показания всех измерительных приборов – вольтметров и амперметров, используя для расчета закон Ома (метод свертывания). На схеме, в качестве примера, подключены только два вольтметра - для измерения напряжения на сопротивлениях R1и R4 (обратите внимание, что вольтметры подключаются параллельно элементам). Нужно добавить в схему вольтметры для измерения э.д.с. Е1 и напряжений на всех резистивных элементах. Показания (расчетные значения) вольтметров записать в таблицу 1.1. Таблица 1.1
По данным исследований проверить выполнение второго закона Кирхгофа (ЗНК) для любого из контуров электрической цепи. Добавить в схему амперметры (последовательно) (на рисунке 1.1 показано включение амперметра в ветвь с резистором R2), определить токи в каждой ветви и записать в таблицу 1.2. По результатам исследований (расчетов) проверить выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для любого узла схемы. Таблица 1.2
При подключении амперметров и вольтметров следует придерживаться направления протекания тока в ветви. Все приборы должны быть ориентированы по току - от плюса к минусу Используя закон Ома и данные расчетов U и I, определить значения резисторов в схеме. Сравнить с заданными значениями. Убедиться, что токи и напряжения в схеме линейно зависят от значения э. д. с. Е1. Для этого уменьшить Е1 в два раза, выполнить расчеты, аналогичные п.п. 3.4 и 3.5, заполнить таблицы аналогичные таблицам 1.1 и 1.2. Объяснить полученные результаты. Убедиться, что все токи и напряжения в схеме зависят от величины каждого резистора схемы. Для этого восстановить прежнее значение E1, уменьшить сопротивление резистора R1 в два раза, выполнить расчеты аналогичные п.п. 3.4 и 3.5, заполнить таблицы аналогичные таблицам 1.1 и 1.2. Объяснить полученные результаты. Обозначим в схеме все токи в ветвях и их направления  Рис.1 - Схема с обозначением токов в ветвях и их направления 3.2. Задать значение э.д.с. источника Е1=10 В. Задать значения сопротивлений резисторов: R1 =100+Nx10 (Ом) R1 = 100 + 3*10 (Ом) = 130 Ом R2=R3=R4=R5=R6=100 Ом 3.3. Определить (рассчитать) показания всех измерительных приборов – вольтметров и амперметров, используя для расчета закон Ома (метод свертывания). При наличии в цепи только одного источника э.д.с. внешнюю по отношению к источнику, часть электрической цепи можно в большинстве случаев рассматривать как смешанное (последовательно-параллельное) соединение резистивных элементов. Расчет таких цепей проводят путем преобразования цепи до эквивалентного сопротивления. Определяют ток в ветви с источником э.д.с., а затем, используя закон Ома, рассчитывают токи в остальных ветвях. Резисторы R5 и R6 последовательны, находим их эквивалентное сопротивление:  Резисторы R4 и R56 соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление равно:  Резисторы R3 и R456 последовательны, находим их эквивалентное сопротивление:  Резисторы R2 и R3456 соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление равно:  Определяем ток:  По закону Ома рассчитаем напряжение:  Тогда:  I3:  Напряжение на R3:  Напряжение на R456:  I4:  I5(I6):  Напряжение на R5(R6):  Первый закон токов Кирхгофа (ЗТК) формулируется по отношению к узлам электрической цепи и отражает тот факт, что в узлах не могут накапливаться заряды. Он гласит: алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в любом узле электрической цепи, равна нулю.  Таким образом, первый закон Кирхгофа выполняется. Второй закон – закон напряжений Кирхгофа (ЗНК) формулируется по отношению к контурам и гласит: алгебраическая сумма напряжений ветвей в любом контуре равна нулю.  Рис.2 – контуры схемы 1 контур:  2 контур:  3 контур:  Таким образом, второй закон Кирхгофа выполняется.  Рис. 3 – вид собранной схемыНа схеме, в качестве примера, подключены только два вольтметра - для измерения напряжения на сопротивлениях R1и R4 (обратите внимание, что вольтметры подключаются параллельно элементам). Нужно добавить в схему вольтметры для измерения э.д.с. Е1 и напряжений на всех резистивных элементах. Показания (расчетные значения) вольтметров записать в таблицу 1.1. Таблица 1.1
Проверим выполнение второго закона Кирхгофа (алгебраическая сумма напряжений ветвей в любом контуре равна нулю) для первого контура электрической цепи. 1 контур:  Таким образом, второй закон Кирхгофа выполняется. 3.5 Добавить в схему амперметры (последовательно) (на рисунке 1.1) показано включение амперметра в ветвь с резистором R2), определить токи в каждой ветви и записать в таблицу 1.2. По результатам исследований (расчетов) проверить выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для любого узла схемы. Таблица 1.2
По результатам исследований (расчетов) проверю выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для первого узла схемы.  Таким образом, первый закон Кирхгофа выполняется. 3.6 Используя закон Ома и данные расчетов U и I, определить значения резисторов в схеме. Сравнить с заданными значениями.       Сравнив данные можно сделать вывод, что рассчитанные значения совпадают с заданными. 3.7 Убедиться, что токи и напряжения в схеме линейно зависят от значения э. д. с. Е1. Для этого уменьшить Е1 в два раза, выполнить расчеты, аналогичные п.п. 3.4 и 3.5, заполнить таблицы аналогичные таблицам 1.1 и 1.2. Объяснить полученные результаты. Таблица 1.3
Проверим выполнение второго закона Кирхгофа (ЗНК) для первого контура электрической цепи. 1 контур:  Следовательно, второй закон Кирхгофа выполняется. Таблица 1.4
По результатам исследований (расчетов) проверю выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для первого узла схемы.  Следовательно, первый закон Кирхгофа выполняется. Убедиться, что все токи и напряжения в схеме зависят от величины каждого резистора схемы. Для этого восстановить прежнее значение E1, уменьшить сопротивление резистора R1 в два раза, выполнить расчеты аналогичные п.п. 3.4 и 3.5, заполнить таблицы аналогичные таблицам 1.1 и 1.2. Объяснить полученные результаты. Таблица 1.5
Проверю выполнение второго закона Кирхгофа (ЗНК) для первого контура электрической цепи. 1 контур:  Таким образом, второй закон Кирхгофа выполняется. Таблица 1.6
По результатам исследований (расчетов) проверю выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для первого узла схемы.  Таким образом, первый закон Кирхгофа выполняется. Выводы В ходе лабораторной работы были исследованы и проверены законы Ома и Кирхгофа в разветвленной электрической цепи. Погрешность при расчетах и при экспериментах обусловлена округлением и конечным количеством знаков после запятой при индикации приборами в программе При уменьшении э.д.с. источника в два раза уменьшились в два раза напряжения и токи на сопротивлениях. При уменьшении R1 в два раза уменьшилось напряжение на этом сопротивлении, но увеличился ток. Токи и напряжения на остальных сопротивлениях увеличились. |