Контрольная карточка к лабораторной работе:

Вопрос 1: Почему амперметр должен иметь малое внутреннее сопротивление?

Ответы: 1. Возникает большой ток и потребитель будет лучше работать.

2.Стрелка амперметра будет больше отклоняться и точность измерения повысится.

3. Присутствие в цепи амперметра будет меньше влиять на силу тока.

4. Снизится бесполезный нагрев и получится экономия электроэнергии.

5. Это требование необоснованно.

Вопрос 2: Почему вольтметр должен иметь большое внутреннее сопротивление?

Ответы: 1. Снизится бесполезный нагрев и получится экономия электроэнергии.

2. Меньше будет ток в вольтметре и больше в потребителе, который при этом будет лучше работать.

3. Это требование необоснованно.

4. Присутствие вольтметра в цепи будет меньше влиять на силу тока, потребляемого от источника.

5. Можно будет измерять больше напряжения.

Вопрос 3: Ваттметр имеет пределы измерения U =300 В, I = 10 А и 150 делений шкалы. Стрелка отклонилась на 50 делений. Рассчитать мощность, измеряемую ваттметром?

Ответы: 1. Р = 1 кВт. 2. Р = 20 Вт.3. Р = 3 кВт.4. Р = 10 Вт. 5. Р = 50 Вт.

Вопрос 4: в схеме (рис3) вольтметр показывает напряжение, равное напряжению сети. Укажите причину этого явления,

Ответы: 1. Перегорел амперметр.

2. Сопротивление реостата равно нулю, т.е. короткое замыкание.

3. Обрыв одного из соединительных проводов, но неизвестно какого.

4. Перегорела катушка.

5.Разомкнуты все рубильники в ламповом реостате.

Рис.3

Лабораторная работа №2,3.

Последовательное и параллельное соединение резисторов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: проверка на опыте особенностей последовательного и параллельного соединения резисторов.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ:

Любая электрическая цепь включает в себя источники элект­рической энергии (генераторы, аккумуляторы, батареи) и потре­бители электрической энергии (нагреватели, осветительные при­боры, реле, двигатели и др.).

Источники характеризуются электродвижущей силой Е, измеряемой в вольтах (В) и внутренним сопротивлением R_вн, из­меряемым в омах (Ом). Потребители в электрических цепях по­стоянного тока характеризуются активным сопротивлением R (Ом). Они могут быть подключены к источнику питания после­довательно (например, лампы елочной гирлянды — рис. 1, а), параллельно (лампы освещения промышленных и бытовых помещений, улиц — рис. 1, б) и смешанно (лампы двух и более елочных гирлянд — рис. 1, в).

При последовательном соединении элементов конец цепи пер­вого потребителя соединяется с началом второго, конец второго с началом третьего и т.д. Начало цепи первого и конец после­днего потребителей подключаются к зажимам источника пита­ния (рис. 2, а).

Общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных потребителей: R = R_l + R₂ + R₃. (1)

Ток в такой цепи является общим для всех потребителей и оп­ределяется в соответствии с законом Ома: I= (2)

На каждом из потребителей падает напряжение. Падение на­пряжения на потребителе определяется сопротивлением потреби­теля и проходящим через него током: ; ; . (3)

В соответствии со 2-м законом Кирхгофа:U=U₁+ U₂+U₃. (4)

Умножив левую и правую части уравнения (1) на I², получим

(5)

или

Р=Р₁ + Р₂ + Р₃ (6)

Таким образом, потребляемая цепью мощность равна сумме мощ­ностей, потребляемых каждым элементом цепи.

Отдаваемая ис­точником мощность равна мощности, потребляемой всей цепью: Pи=UI=I²R=P. (7)

Уравнение (7) является выражением баланса мощностей.

При параллельном соединении потребителей их начала соеди­няются в одну точку (1-й узел), а концы — в другую (2-й узел). Оба узла подключаются к клеммам источника питания (рис. 1, б).

В соответствии с 1-м законом Кирхгофа (следует отметить, что свои законы он сформулировал в 26 лет) алгебраическая сумма токов для любого узла ЭЦ равна нулю:

или (8)

Следовательно, сумма входящих в узел токов равна сумме вых­одящих. Поскольку напряжение для всех потребителей одно и то же, то в соответствии с законом Ома

I₁ = ; I₂ = ; I₃ = ; (9)

или = + + (10)

откуда = + + или g = g₁ + g₂ + g₃ (11)

где g = — величина, обратная сопротивлению, - проводимость потребителя, измеряемая в сименсах (См).

Таким образом, при параллельном соединении потребителей общая проводимость равна сумме проводимостей отдельных по­требителей.

Умножив левую и правую части уравнения (11) на U², полу­чим

= + + (12)

или

Р=Р₁ + Р₂ + Р₃ (13)

Таким образом, как и при последовательном соединении эле­ментов, потребляемая ЭЦ мощность равна сумме мощностей, потребляемых каждым элементом цепи, и равна мощности, отда­ваемой источником.

Для упрощения расчета часто потребители, преобразующие электрическую энергию в механическую или световую, заменяют эквивалентными потребителями, преобразующие электрическую энергию в тепловую, т.е. получают эквивалентную схему замещения.

ПРОГРАММА РАБОТЫ:

1. Собрать схему последовательного соединения трех резисторов с измерительными приборами и схему параллельного соединения этих резисторов, необходимую для достижения поставленной цели. Ознакомить преподавателя со схемами.

2. Собрать цепь из последовательно соединенных резисторов и показать её преподавателю для проверки.

3. Включить цепь и установить необходимое напряжение. Измерить силу тока в цепи и падения напряжения на каждом участке. Результаты записать в таблицу 1.

Таблица 1

Из опыта

Из расчета

I, А

Uоб, В

U1, В

U2, В

U3, В

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

Rоб, Ом

Р1, Вт

Р2, Вт

Р3, Вт

Роб, Вт

4. Собрать цепь из параллельно соединенных резисторов и показать её преподавателю для проверки.

5. Включить цепь и установить необходимое напряжение. Измерить силу тока в ветвях. Результаты записать в таблицу 2.

Таблица 2

Из опыта

Из расчета

Uоб, В

I1, А

I2, А

I3, А

Iоб, А

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

Rоб, Ом

g1, См

g2, См

g3, См

gоб, См

Р1, Вт

Р2, Вт

Р3, Вт

Роб, Вт

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТОВ:

1. Для цепи с последовательным соединением рассчитать сопротивление и мощность каждого резистора, эквивалентное сопротивление, а также мощность всей цепи. Результаты записать в таблицу 1. проверить баланс мощностей.

2. Для цепи с параллельным соединением рассчитать сопротивление, проводимость и мощность каждого резистора и всей цепи, результаты записать в таблицу 2. Проверить баланс мощностей.

3. По лабораторной работе сделать заключение относительно:

а) распределения напряжения на резисторах при последовательном соединении;

б) распределения тока в ветвях при параллельном соединении резисторов;

в) подтверждения первого и второго законов Кирхгофа;

г) причин неполного совпадения расчетных и опытных результатов.