Порядок виконання роботи
1. Проаналізувати схему, приведену на рис. 3.1 і спростити її, виходячи з вибраного варіанта.
2. Встановити прилади, необхідні для проведення вимірювань струму в гілках електричного кола.
3. Встановити необхідні величини е.р.с. джерел живлення і джерела струму з врахуванням їх полярності.
4. Встановити величини опорів, у відповідності до вибраного варіанта.
Таблиця 3.1.
Таблиця варіантів до схеми, яка приведена на рис. 3.1.
5. Включити електричну схему в роботу і виконати вимірювання струмів і напруг, записавши їх значення в підготовлену таблицю.
6. Використовуючи рівняння Кірхгофа, виконати розрахунки струмів в гілках схеми, що досліджується.
7. Провести аналогічні розрахунки, використовуючи метод контурних струмів.
8. Порівняти результати вимірювань з виконаними розрахунками і зробити висновки.
Вимоги до звіту
1. Привести принципову схему, дослідження якої виконувалось в роботі та результати експериментальних досліджень.
2. Виконати розрахунки струмів і напруг електричної схеми вказаними методами (методом на основі рівнянь Кірхгофа та методом контурних струмів).
3. Привести порівняльну таблицю експериментальних і розрахункових результатів.
4. Розробити програму і виконати розрахунки з використанням ЕОМ.
5. Зробити висновки по роботі.
Контрольні запитання
1. Сформулювати І закон Кірхгофа для кіл постійного струму.
2. Сформулювати ІІ закон Кірхгофа для кіл постійного струму.
3. Подумати, яку ще назву можна дати І закону Кірхгофа, ІІ закону Кірхгофа.
4. Дати пояснення особливостям використання рівнянь Кірхгофа для розрахунку електричних кіл постійного струму.
5. Пояснити особливості використання методу контурних струмів для розрахунку електричних кіл постійного струму.
6. Сформулювати закон Ома для ділянки електричного кола.
7. Сформулювати закон Ома для замкненого електричного кола
Лабораторна робота №4е Методи розрахунку електричних кіл постійного струму за допомогою методів вузлових потенціалів, суперпозиції та еквівалентного генератора
Мета роботи: Експериментальна перевірка методів розрахунку електричних кіл постійного струму (методу вузлових потенціалів, методу суперпозиції та методу еквівалентного генератора).
Основні теоретичні відомості
Струм будь-якої вітки можна знайти з використанням закону Ома для ділянки кола, але для цього необхідно знати потенціали всіх вузлів. Метод, в якому за невідомі змінні, які необхідно знайти, беруться потенціали вузлів, називається методом вузлових потенціалів. Для використання цього методу необхідно прийняти потенціал одного з вузлів як відомий. Краще за все потенціал обраного вузла прийняти за нульовий. Подальші розрахунки базуються на використанні першого закону Кірхгофа і закону Ома.
Якщо коло має кілька джерел живлення, то для обчислення цих кіл використовується метод суперпозиції (метод накладення). Метод складається із наступних кроків:
1. Складне коло замінюється кількома колами, кожне з яких має одне джерело в елементарному колі, інші замінюються опорами, що дорівнюють внутрішнім опорам джерел.
2. Обчислюються елементарні кола, визначаючи величини та напрями струмів у кожній гілці.
3. Після розрахунку кожного кола результуючий струм знаходиться як алгебраїчна сума струмів від кожного джерела.
Метод еквівалентного генератора базується на тому, що частину схеми, що не представляє інтересу при розрахунках, крім тої, що розглядається, незалежно від кількості пасивних і активних елементів можна замінити одним активним і пасивним елементом. Основою методу є теорема про активний двополюсник: будь-яке багатоелементне коло, до якого приєднана пасивна, або активна вітка, може бути замінено еквівалентним двохелементним двополюсником з параметрами Еек, Rек або Іек, gек. Режим досліджуваної вітки, що приєднана до двополюсника, при цьому не зміниться. Для визначення ЕРС та опору скористаємось режимами холостого ходу та короткого замикання для джерела напруги.
Послідовність розрахунку:
1. Складаємо еквівалентну схему. Коло розділимо на дві частини: вітка, в якій потрібно визначити струм (зовнішня частина) та все останнє коло (внутрішня частина).
За теоремою про еквівалентний генератор усю внутрішню частину можна замінити одним джерелом енергії з ЕРС Еек, та опором Rек.
Еквівалентна схема представляє собою послідовно з'єднані елементи: елементи вітки R1, в якій необхідно визначити струм, ЕРС Ее та резистор Rе.
2. Обчислюємо параметри еквівалентного генератора. ЕРС еквівалентного генератора Ее рівна напрузі на клемах внутрішньої частини кола Uхх при відімкнутій зовнішній частині кола.
3. Визначаємо опір еквівалентного генератора Rе, який дорівнює опору внутрішньої частини кола при відімкнутій зовнішній частині кола.
4. Визначаємо струм за формулою:
.
Для виконання лабораторної роботи спочатку використовуються узагальнені електричні схеми, приведені на рис. 4.1а,б (вивчення методу вузлових потенціалів).
Вивчення методів суперпозиції та еквівалентного генератора проводиться з використанням схеми на рис. 4.2. Варіанти робіт приводяться в таблицях 4.1, 4.2, 4.3.