Главная страница
Навигация по странице:

  • Приборы и принадлежности: персональный компьютер компьютерные модели «Открытая физика 1.1». Краткая теория

  • Закон Ома для неоднородного участка цепи

  • Законы Кирхгофа

  • Порядок выполнения лабораторной работы

  • Таблица 1

  • Таблица 2

  • Таблица 3

  • хз. Лабораторная работа 303 цепи постоянного тока цель работы


    Скачать 46.16 Kb.
    НазваниеЛабораторная работа 303 цепи постоянного тока цель работы
    Дата13.10.2022
    Размер46.16 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файла303.docx
    ТипЛабораторная работа
    #732593

    Лабораторная работа №303

    ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА



    Цель работы:

    • экспериментальное подтверждение законов Ома и Кирхгофа с помощью виртуальной модели.


    Приборы и принадлежности:

    • персональный компьютер

    • компьютерные модели «Открытая физика 1.1».


    Краткая теория

    Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Различают токи проводимости и конвекционные токи.

    Упорядоченное движение свободных электронов в металле и ионов в жидкости под действием электрического поля принято называть током проводимости. Направление движения положительных зарядов в проводнике определяет направление тока.

    Количественной мерой электрического тока служит сила тока. Сила тока– скалярная физическая величина I, равная отношению заряда dq, переносимого при электрическом токе сквозь рассматриваемую поверхность S за малый промежуток времени, к длительности dt этого промежутка

    .

    В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А).

    Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным.

    Экспериментально установлено, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна напряжению U на концах проводника (закон Ома):

    , (1)

    где R – сопротивление проводника. Уравнение (1) отражает закон Ома для однородного участка цепи (не содержащего источника тока). В международной системе единиц СИ сопротивление измеряется в омах (Ом). 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В течет постоянный ток 1А.

    Сопротивление проводников зависит от его размеров и формы, а также от материала, из которого он изготовлен. Для однородного линейного проводника сопротивление Rпрямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S:

    ,

    где ρ – удельное электрическое сопротивление, характеризующее материал проводника. Единица измерения удельного электрического сопротивления Ом∙м.

    Рассмотрим неоднородный участок цепи, в котором действует источник тока – устройство, способное создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения (сторонних сил). Природа сторонних сил может быть различна. В генераторах электрического тока разделение зарядов осуществляется силами магнитного поля, в гальванических элементах и аккумуляторах – химическими и т.д.

    Физическая величина, измеряемая работой сторонних сил при переносе ими единицы положительного заряда в цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока

    .

    В Международной системе единиц СИ ЭДС источника тока измеряется в вольтах (В).

    Закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме, который является обобщенным законом Ома, представляет собой:

    , (2)

    где I– сила тока, φ1, φ2 разность потенциалов на концах участка, ε – ЭДС, R – сопротивление внешнего участка цепи, r – внутреннее сопротивление цепи.

    Если электрическая цепь замкнута, то , тогда закон Ома имеет вид:

    . (3)
    Обобщенный закон Ома позволяет рассчитать практически любую сложную цепь. Однако непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров, представляет определенную сложность. Эта задача решается с помощью законов Кирхгофа. Законы Кирхгофа для разветвленной цепи (разветвленная цепь – электрическая цепь, содержащая узлы – места, где сходятся не менее трех проводников):

    а) По первому закону Кирхгофаалгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю . Токи, приходящие к узлу, считаются положительными, а токи, отходящие от узла, отрицательными.

    б) Второй закон Кирхгофа: в замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений токов в участках на сопротивление этих участков равна алгебраической сумме электродвижущих сил, включенных в данный контур

    ,

    где – алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле; – алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления замкнутых участков; – алгебраическая сумма ЭДС источников тока на замкнутом участке цепи.

    При расчете сложных цепей постоянного тока с применением правил Кирхгофа необходимо:

    1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи.

    2. Выбрать направление обхода контура; произведение положительно, если ток на участке совпадает с направлением обхода, и, наоборот; ЭДС, действующие по выбранному направлению обхода (перемещение происходит внутри источника тока от катода к аноду), считаются положительными.

    3. Составить столько уравнений, чтобы их число было равно числу неизвестных электрических величин; каждый рассматриваемый контур должен содержать хотя бы один элемент, не содержавшийся в предыдущих контурах.


    Порядок выполнения лабораторной работы

    1. На экране монитора выберите раздел «Электричество и магнетизм», затем «Цепи постоянного тока».



    Рис. 1

    2. Соберите в окне «Цепи постоянного тока» на экране монитора эквивалентную цепь. Для этого переместите маркер мыши в нижнюю часть окна, щелкните левой кнопкой мыши на кнопку источника тока. Переместите маркер мыши на рабочую часть окна и расположите источники тока как показано на рис. 1.

    3. Аналогично разместите другие элементы цепи (резисторы, амперметры, вольтметр и соединительные провода), предварительно нажав в нижней части окна соответствующую кнопку.

    4. Установите значения ЭДС источников тока и сопротивления резисторов, указанные в таблице 1 для Вашей бригады. Для этого щелкните в нижней части окна левой кнопкой мыши на кнопку со стрелкой. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите левую кнопку и, удерживая ее, меняйте величину данного параметра.

    5. Установите сопротивление резистора нагрузки R=1Ом. Измерьте значения всех токов и напряжение на нагрузке (щелкнув мышью на кнопку «Счет») и запишите их в таблицу 2. Меняя сопротивление R каждый раз на 1 Ом, повторите измерения еще 5 раз. Полученные значение силы токов и напряжение запишите в таблицу 2.

    6. Рассчитайте значения силы токов, используя правила Кирхгофа, и запишите в таблицу 3.
    Таблица 1
    Значения ЭДС источников тока и сопротивления резисторов

    (не перерисовывать)

    Бригада

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    ε 3 [В]

    ε 2 [В]

    ε3 [В]

    3

    7

    -2

    4

    -3

    -8

    3

    6

    -4

    6

    -2

    -8

    -6

    5

    8

    5

    8

    -4

    -4

    6

    -7

    8

    -4

    6

    R1 [Ом]

    R2 [Ом]

    R3 [Ом]

    2

    1

    1

    1

    3

    1

    2

    1

    2

    1

    1

    2

    2

    1

    1

    1

    2

    1

    1

    1

    2

    1

    3

    1


    Таблица 2

    Результаты измерений

    R [Ом]

    I1 [A]

    I2 [A]

    I3 [A]

    I [A]

    U [B]

    1
















    2
















    3
















    4
















    5
















    6















    Таблица 3

    Результаты расчета

    R [Ом]

    I1 [A]

    I2 [A]

    I3 [A]

    I [A]

    1













    2













    3













    4













    5













    6














    Контрольные вопросы

    1. Дайте определение электрического тока.

    2. Дайте определение силы тока, напишите единицы измерения силы тока.

    3. Дайте определение электродвижущей силы источника тока и раскройте физический смысл ЭДС.

    4. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.

    5. Сформулируйте закон Ома для неоднородного участка цепи.

    Сформулируйте законы Кирхгофа для разветвлённых цепей


    написать администратору сайта