Лабораторная работа 1 экспериментальная проверка законов ома и кирхгофа.

Цель работы: Экспериментально подтвердить справедливость законов Ома и Кирхгофа. Научиться составлять уравнения по законам Ома и Кирхгофа. Освоить методику расчета электрических цепей с использованием этих законов. Овладеть методикой построения потенциальной диаграммы.

Краткие теоретические сведения

Законы Ома и Кирхгофа являются основными законами, используемыми при расчетах электрических цепей. Они позволяют установить соотношения между э.д.с., напряжениями, токами и сопротивлениями в этих цепях.

Ток – это направленное движение заряженных частиц, как положительных, так и отрицательных. Количественно величина тока определяется скоростью изменения заряда, переносимого через поперечное сечение проводника

.

Закон Ома выражает связь между током, напряжением и сопротивлением. Для участка цепи, представленного на рис. 1.1, согласно закону Ома ток прямо пропорционален напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорционален сопротивлению этого участка

.

Н апряжение, приложенное к точкам 1-2, представляет собой разность потенциалов между этими точками .

Потенциалы точек могут быть определены относительно какой-либо точки цепи измерением с помощью вольтметра или расчетом, если известны значения э.д.с., и сопротивлений, а также величина и направление токов в ветвях. При расчете потенциалов точек необходимо учитывать, что на участке цепи, не содержащем э.д.с., ток течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Следовательно, если направление обхода совпадает с направлением тока, то происходит уменьшение потенциала на величину падения напряжения на данном участке цепи, например,

.

При обходе против тока происходит увеличение потенциала на величину падения напряжения.

Если участок цепи содержит источник э.д.с. (рис. 1.2), то следует учитывать, что при переходе от отрицательного зажима источника э.д.с. к положительному потенциал повышается на величину э.д.с. источника. При переходе в обратном направлении потенциал понижается на величину э.д.с. источника независимо от направления тока, например,

.

Следовательно, закон Ома для данного участка цепи запишется

.

Для замкнутой цепи, содержащей один источник э.д.с. (рис. 1.3), ток источника определится законом Ома для полной цепи

,

где е – э.д.с. источника; r₀ – внутреннее сопротивление источника; R_н – общее сопротивление внешней цепи. Если известны ток в цепи и э.д.с. источника, внутреннее сопротивление можно рассчитать, исходя из внешней характеристики источника

.

Отсюда

.

где и – напряжение на зажимах источника.

Законы Кирхгофа состоят в следующем.

Первый закон Кирхгофа относится к узлам электрической цепи и характеризует баланс токов в них. Первый закон Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю. При этом токи, направленные к узлу, берутся с одним знаком, например, с плюсом, а токи, направленные от узла с противоположным знаком.

Второй закон Кирхгофа относится к контурам электрической цепи и характеризует баланс напряжение в них. Второй закон Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма э.д.с., действующих в замкнутом контуре электрической цепи, равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура. При этом следует учитывать, что при совпадении направления обхода контура с направлением э.д.с. источника э.д.с. берется со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус. Если направление обхода контура совпадает с направлением тока в элементе, то падение напряжения берется со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус.