неразветвленная электрическая цепь. ЛР № 6. Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы 2 Лабораторный стенд нтц 07 3 Источник электроэнергии 2 шт
 Скачать 92.5 Kb.
|
|
1 Цель работы 1.1 Сформировать умения измерять потенциалы точек в неразветвленной электрической цепи, строить потенциальные диаграммы по измеренным и расчетным значениям. 2 Материальное обеспечение 2.1 Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы 2.2 Лабораторный стенд НТЦ – 07 2.3 Источник электроэнергии – 2 шт 2.4 Амперметр – 1 шт 2.5 Вольтметр – 1 шт 3 Теоретические сведения Для расчета тока в замкнутом контуре с несколькими источниками ЭДС применяется второй закон Кирхгофа, который гласит, что алгебраическая сумма ЭДС, входящих в контур, равна алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлениях этого контура: ∑ Е = ∑ I*R (1) где Е – ЭДС, В I – сила тока, А R – сопротивление, Ом Как известно, ЭДС внутри источника направлена от отрицательного зажима к положительному. ЭДС и токи, совпадающие с произвольно выбранным направлением обхода контура, считаются положительными, а ЭДС и токи, направленные в противоположном направлении – отрицательными. Наглядной иллюстрацией второго закона Кирхгофа является потенциальная диаграмма, которая дает возможность определить падение напряжения на отдельных участках электрической цепи. Электрический потенциал – это скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию, которой обладает единичный положительный пробный заряд, помещённый в данную точку поля. Для построения потенциальной диаграммы замкнутого контура АВСDEA (рис. 1) необходимо определить потенциалы отдельных точек контура.  Рисунок 1 - Схема замкнутого контура с двумя источниками ЭДС Будем считать, что известны величины сопротивлений, величины и направления ЭДС E1 и E2. Точка А контура соединена с землей («заземлена») и, следовательно, потенциал ее равен нулю (φA = 0). Произвольно выбираем направления тока I в контуре и направление обхода контура (по часовой стрелке). Начнем обход контура от точки A по выбранному направлению. При этом мы проходим через сопротивление R1 по направлению тока. Так как ток направлен от точки с высшим потенциалом к точке с низшим потенциалом, то потенциал точки B ниже потенциала точки A на величину падения напряжения IR1. Разность потенциалов φA – φB есть падение напряжения между точками A и B, т. е. φA – φB = IR1 (2) где φA – φB – разность потенциалов, В I – сила тока, А R1 – сопротивление первого резистора, Ом. Определяется по закону Ома для участка цепи R1=U1/I (3) где U1– сопротивление на первом резисторе, В I – сила тока, А так как φA = 0, то потенциал точки B по отношению к земле φB = – IR1 (4) При переходе от точки B к точке C мы проходим через источник с ЭДС E1 от отрицательного полюса к положительному. В результате действия сторонних сил источника должно произойти повышение потенциала точки C на величину E1. так как источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением r01, то в нем происходит падение напряжения I*r01, что вызывает некоторое уменьшение потенциала точки C. Следовательно, потенциал точки C по отношению к земле равен: φC = φB + E1 – I r01 = – IR1+ E1 – I r01 (5) При переходе от точки C к точке D мы проходим через сопротивление R2 по направлению тока, поэтому потенциал точки D ниже потенциала точки C на величину падения напряжения IR2. Потенциал точки D по отношению к земле равен: φD = φC – IR2 = – IR1 + E1 – I r01 – IR2 (6) При переходе к точке E мы проходим через источник с ЭДС E2 от положительного полюса к отрицательному. Следовательно, должно произойти уменьшение потенциала на величину ЭДС E2. Наличие сопротивления r02 у источника ЭДС вызывает в нем падение напряжения Ir02. Следовательно, потенциал точки E по отношению к земле равен: φE = φD – E2 – Ir02 = – IR1 + E1 – Ir01 – IR2 – E2 – Ir02 (7) От точки E через сопротивление R3 мы приходим к точке А по направлению тока. Зная потенциалы точек цепи и сопротивления участков, можно построить потенциальную диаграмму. При построении потенциальной диаграммы по оси абсцисс откладывают сопротивления между точками цепи, а по оси ординат – потенциалы этих точек. Потенциальная диаграмма для рассмотренной электрической цепи показана на рис. 2.  Рисунок 2 - Потенциальная диаграмма электрической цепи Последовательность выполнения работы 4.1 Собрать схему в соответствии с рисунком 3.  Рисунок 3 – Схема электрической цепи Включить рубильник SA. Измерить потенциалы точек ABCDE, ток I в контуре и напряжение между точками C и D. Результаты измерений записать в таблицу № 1. Вычислить для каждой схемы потенциалы точек ABCDE, ток в контуре и напряжение между точками C и D. Результаты расчетов записать в таблицу 1. Таблица 1 – Результаты измерения и вычисления
4.4 По данным таблице 1 постройте потенциальные диаграммы для первого и второго опыта. 6 Содержание 6.1 Тема работы 6.2 Цель работы 6.3 Материальное обеспечение 6.4 Ход работы (зарисовать схему рис 3, начертить таблицу 1 и заполнить ее, произвести расчет и записать его в тетрадь) 6.5 Письменные ответы на контрольные вопросы 6.6 Вывод 7 Контрольные вопросы 7.1 Запишите второй закон Кирхгофа. 7.2 Какое правило знаков соблюдается при написании уравнений по второму закону Кирхгофа?? 7.3 Дайте определение электрического потенциала? 7.4 По каким координатам стоится потенциальная диаграмма? Список используемых источников 1 Данилов, И. А. Общая электротехника с основами электроники : учебное пособие / И. А. Данилов, П. М. Иванов. – 2-е издание, переработанное и дополненное. – Москва : Высшая школа, 1989. – 752 с. 2 Евдокимов, Ф. Е. Теоретические основы электротехники / Ф. Е. Евдокимов. – Москва : Высшая школа, 1981, 51 - 58 с. 3 Попов, В. С. Теоретическая электротехника / В. С. Попов. – Москва: Энергоатомиздат, 1990, 31-36, 80 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||