Лабораторная работа №2 Опытная проверка законов Кирхгофа.. Законов Кирхгофа. Для расчета электрических цепей наряду с законом Ома применяются два закона Кирхгофа
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
Лабораторная работа №2 Опытная проверка законов Кирхгофа. Для расчета электрических цепей наряду с законом Ома применяются два закона Кирхгофа. Первый закон Кирхгофа применяется к узлам электрических цепей: В ветвях, образующих узел электрической цепи, алгебраическая сумма токов равна нулю: Знаки токов, входящих в эту сумму, зависят от их направления: токи, направленные к узлу, положительны, а токи, направленные от узла, — отрицательны. Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрических цепей: Алгебраическая сумма ЭДС, входящих в замкнутый контур, равна алгебраической сумме падений напряжений на всех участках этого контура При этом положительными считаются ЭДС и токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура. Любую сложную электрическую цепь можно рассчитать, применив законы Кирхгофа. Порядок расчета методом уравнений Кирхгофа сводится к следующему: 1. Задаются произвольным направлением обхода контуров; 2. Произвольно проставляют направления токов в отдельных ветвях схемы (m — число 3. По первому закону Кирхгофа составляют ( n — 1) независимых уравнений, где n — число узлов в электрической цепи; 4. Недостающие m — (n — 1) уравнения составляют по второму закону Кирхгофа; 5. Полученную систему из m уравнений решают алгебраическим путем и определяют величину и реальные направления токов ветвей. Первый закон Кирхгофа Первый закон гласит, что от узла течет столько тока, сколько и втекает в него. Узел — это место соединения проводов или компонентов в схеме.
Если использовать опять аналогию с водой, то можно описать такое течение так. Река, впадающая в озеро (узел № 1), разветвляется на две меньшие реки, впадающие во второе озеро (узел № 2). Таким образом мы понимаем, что одинаковое количество воды поступает в каждый узел и одинаковое количество вытекает из них.  Применим первый закон Кирхгофа на практике Этот закон можно проверить с помощью другого эксперимента. На этот раз рассчитывать нам нечего, поэтому сразу строим схему на макетной плате. Для этого нам нужно соединить два резистора параллельно, а затем измерить ток, потребляемый каждым из них, а затем сложить полученную сумму токов вместе.  Конечно, три мультиметра нам не нужны! На схеме показаны те места, куда мы будем «подлючать» тестер. На макетной плате такая сборка будет выглядеть следующим образом:  Затем производим соответствующие замеры мультиметром:
При сложении, общая сумма тока 0,94 + 9,08=10,12 мА. Точность до 0,1 мА. Суммируя токи, протекающие через два резистора, мы получаем ток, потребляемый батареей. Узел, в котором суммируются токи отмечен красным кружком на картинке ниже (у него 1 вход и 2 выхода):  Второй закон Кирхгофа Второй закон Кирхгофа относится к напряжениям отдельных элементов цепи. В нем говорится, что если мы выберем любую замкнутую цепь, сумма напряжений от источников питания будет равна сумме напряжений на других элементах. Это означает, что компоненты, подключенные параллельно, всегда будут иметь одинаковое напряжение, потому что они подключены к одному источнику питания. Однако для элементов, соединенных последовательно, сумма напряжений (падений напряжения) на отдельных элементах равна напряжению питания. Этот закон можно сравнить с несколькими небольшими водопадами. Сумма высот вытекающей из них воды, должна быть равна высоте всего каскада водопадов. Это видно на картинке ниже — сумма высот, отмеченных оранжевым цветом, равна высоте, отмеченной желтым цветом:  Лучше всего закон Кирхгофа проверяется на практике. На этот раз подключите последовательно два резистора (1 кОм и 10 кОм) к батарее 9 В. Затем по очереди померяйте напряжение в трех местах: падение напряжения на резисторе 1 кОм , падение напряжения на резисторе 10 кОм , напряжение на выводах АКБ 9 В. Схема цепи: 
Схема на макетной плате будет выглядеть так:  
Самое главное — поставить щупы мультиметра в нужные места и правильно подключить батарею 9 В. Примеры измерений:
Теперь проверим результаты, суммируя измеренные напряжения: 0,86 + 8,67=9,55. Точность до 0,02 В. Такую погрешность дают: сам мультиметр и используемые компоненты. Ссылка для ознакомления https://www.youtube.com/watch?v=RUJ5SVFCh9w Содержание отчета: 1.Цель работы : экспериментально убедиться в справедливости законов и Кирхгофа для резистивных цепей, содержащих источники постоянных напряжений и токов. 2.Контрольные вопросы : 1. Как формулируется первый закон Кирхгофа? 2. Как формулируется второй закон Кирхгофа? 3. Сколько ветвей в данной цепи? 4. Сколько всего контуров содержит данная цепь? 5. Сколько независимых контуров в данной цепи? 6. Сколько уравнений по первому и второму законам Кирхгофа необходимо составить для расчета токов методом законов Кирхгофа? |
