2 Загальні теоретичнi вiдомостi

Для розрахунку складних електричних кіл застосовують закони Кірхгофа. Для складних кіл застосовують поняття вітки, вузла і контуру. Вітка електричного кола – це ділянка кола, уздовж якої проходить один і той самий струм і, яка складається з послідовно з’єднаних елементів – резисторів, джерела енергії тощо. Вузол електричного кола – це місце з’єднання трьох і більш віток. Контур кола – це будь-який замкнений шлях, що його можна обійти, переміщуючись по кількох його вітках.

Другий закон Кiрхгофа характеризує рівновагу в замкнених контурах електричного кола з послідовним з’єднанням струмоприймачів. Відповідно до цього закону в будь-якому замкненому електричному контурі алгебраїчна сума електрорушійних сил (е.р.с.) дорівнює алгебраїчній сумі напруг на резисторах, що входять у цей контур, іншими словами, алгебраїчна сума е.р.с. дорівнює алгебраїчній сумі добутків струмів на опори відповідних ділянок контуру:

∑E=∑I·r. (2.1)

У співвідношенні (2.1) позитивними варто вважати електрорушійні сили і струми, напрямки яких збігаються з довільно вибраним напрямком обходу контуру.

Другий закон Кірхгофа являється наслідком того, що потенціал будь-якої точки кола однозначно визначається її положенням у колі. Це наочно показує другий закон Кірхгофа (2.1), тобто алгебраїчна сума електрорушійних сил в замкненому контурі розгалуженого кола дорівнює алгебраїчній сумі спадів напруги в усіх резистивних елементах контуру. Застосування другого закону Кірхгофа необхідно при розрахунках більшості електричних кіл, що містять два і більше джерел електроенергії. Для складання рівняння за другим законом Кірхгофа для схеми, наведеної на рис. 2.1, спочатку довільно вибираємо напрямок струмів І₁, І₂, І₃, І₄ в ньому. Напрямок обходу контуру вибираємо також довільно, наприклад, за рухом годинникової стрілки. Тоді співвідношення (2.1) запишемо наступним чином:

. (2.2)

Рисунок 2.1 – Схема замкненого контуру розгалуженого електричного кола

По послідовно з’єднаних елементах електричного кола (рис. 2.2) проходить один і той же самий струм І, який можна визначити за законом Ома:

, (2.3)

де U – напруга, прикладена до кола;

R₁, R₂, R₃ – опір окремих струмоприймачів;

R _e– еквівалентний (загальний) опір кола.

Цей струм І на кожному елементі кола створює спад напруги:

, , . (2.4)

Напруга прикладена до кола дорівнює:

. (2.5)

Рисунок 2.2 – Послідовне з’єднання опорів та спади напруг на них

Оскільки при послiдовному з'єднаннi напруга на струмоприймачах розподiляється прямо пропорцiйно їх опорам, то змiна опору одного iз струмоприймача призводить до змiни напруги, а отже i режиму роботи не тiльки цього струмоприймача, але i всiх інших. Вимкнення одного iз струмоприймачів призводить до розриву кола (вимкнення всiх струмоприймачів). Тому на практицi послiдовне з’єднання струмоприймачів зустрiчається не часто.

Потужність всього кола при послідовному з’єднані елементів дорівнює:

, (2.6)

де Р₁, Р₂, Р₃ – потужність окремих елементів кола.

Потужність будь-якого елемента дорівнює:

, (2.7)

де U _i, I _i – відповідно напруга на елементі та струм, що проходить крізь нього;

g _i, r _i – відповідно його провідність і опір.

3 ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ ПОЗААУДИТОРНОЇ ПІДГОТОВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

3.1. Детально вивчити розділ „Загальні теоретичні відомості”, а також ознайомитись з матеріалами по темі лабораторної роботи, викладеними в літературних джерелах (див. пункт 8 роботи).

3.2. Оформити звіт з лабораторної роботи, записавши її назву, мету, а також окремі фрагменти з розділу „Загальні теоретичні відомості” (див. пункт 6 роботи).

3.3. Накреслити рис. 2.1 та рис. 2.2.

4 ОБЛАДНАННЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ

На робочому місці в лабораторії мають знаходитися:

• ампервольтомметр (мультиметр) – 1 шт.;

• реостат –3 шт.;

• вимірювальний комплект К-505 –1 шт.

5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ В ЛАБОРАТОРІЇ

5.1. Зiбрати схему для дослiдження кола при послiдовному з'єднаннi струмоприймачів (рис. 2.3). У схемi R₁, R₂, R₃ - повзунковi реостати, PV2 - вольтметр із щупами (мультиметр).

Рисунок 2.3 – Електрична принципова схема для дослідження послідовного з’єднання струмоприймачів

5.2. Подати до схеми напругу мережi живлення (увiмкнути вимикач QF), при якiй для трьох значень струму в колi (регулювання здiйснювати за допомогою реостатів R₁, R₂, R₃) записати покази всiх приладiв. Напругу на опорах вимiрювати за допомогою вольтметра із щупами PV2 (ампервольтомметра).

Данi вимiрювання занести до табл. 2.1.

Таблиця 2.1 – Результати вимірювань під час проведення досліду

Дані вимірювань
U, B	І, А	P, B	U1, B	U2, B	U3, B

Cкориставшись законом Ома для дiлянки кола, розрахувати опiр його елементiв R₁, R₂, R₃. Розрахувати також потужнiсть елементiв i потужнiсть всього кола. Результати розрахункiв занести до табл. 2.2.

Таблиця 2.2 – Результати розрахунків

Результати розрахунків
R, Ом	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	P1, Вт	P2, Вт	P3, Вт	P, Вт

Формули для розрахунків

; ; ; ; або ;

; ; .

6 ЗМІСТ ЗВІТУ

Звіт про виконану лабораторну роботу повинен містити:

• назву роботи та її мету;

• короткий конспект розділу „Загальні теоретичні відомості”;

• схеми наведені на рис. 2.1 - 2.3;

• технічні дані реостатів та електровимірювальних приладів;

• табл. 2.1. і табл. 2.2;

• розрахунки та висновки.