Программа работы

1. Собрать схему экспериментальной установки (рис. 1.1).

Рис. 1.1

2. Для заданных значений напряжения генератора U₄ и сопротивлений резисторов определить расчетом показания приборов, указанных в схеме и сравнить их с измеренными значениями.

Данные расчетов и измерений занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Способ определения	I1	I2	I3	I4	U1	U2	U3	U4
	мА	мА	мА	мА	В	В	В	В
Расчет
Опыт

3. Проверить справедливость I закона Кирхгофа при разветвлениях тока: I₂ = I₃ + I₄, I = I₁ + I₂ и деление напряжения пропорционально сопротивлению при последовательном соединении: U₁ = I₁R₁, U₂ = I₁R₂, U₃ = I₁R₃, U₄ =U₁+U₂+U₃. Ток I определить расчетом, рассчитав эквивалентное сопротивление всей схемы.

Примечание. Направление тока на участке схемы определяется правилом: если стрелка прибора отклоняется вправо (показание прибора больше нуля), то «+» прибора соответствует «+» в данной точке схемы, а положительное направление тока от «+» к «-».

Теоретические положения

Основными элементами электрической цепи являются: генератор (источник ЭДС), потребитель и соединительные провода. Схема замещения такой цепи дана на рисунке 1.2. Это последовательное соединение внутреннего сопротивления генератора R₀, сопротивления нагрузки R_н и идеального источника ЭДС Е₀.

Закон Ома для всей цепи: .

Закон Ома для участка: .

Баланс мощностей: P_г = Р_н + Р₀,

Е₀ I = I ²R_н + I ²R₀.

Рис. 1.2

Несколько потребителей могут соединяться последовательно, параллельно, смешанно, в звезду, в треугольник и др.

Последовательное соединение

I = const – ток на любом участке одинаков;

U_i = R_i I – напряжение на участке пропорционально его сопротивлению;

R₁₂₃ = R₁ + R₂ + R₃ – соединение можно заменить эквивалентным ему сопротивлением, равным сумме сопротивлений участков.

Параллельное соединение

u = const – напряжение на параллельных ветвях одинаково;

– ток в ветви определяется законом Ома;

– I закон Кирхгофа для разветвлений;

I – I₁ – I₂ – I₃ = 0 – алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю;

– параллельное соединение можно заменить эквивалентным сопротивлением;

q₁₂₃ = q₁ + q₂ + q₃ – проводимость соединения равна сумме проводимостей ветвей.

Смешанное соединение

Имеется и последовательное и параллельное соединение. Эквивалентную ему схему с одним сопротивлением находим путем последовательной замены параллельного или последовательного соединения. Например, для части нашей схемы имеем следующую последовательность упрощений.

а б в

Расчет ведется в обратном направлении.

1. по схеме в: ;

2. по схеме б: U₅₇ = I₂ R₅₇;

3. по схеме а: ;

;

4. проверка: I закон Кирхгофа и баланс мощностей.

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии. В любой электрической цепи мощность, вырабатываемая генераторами, должна быть равна мощности, потребляемой пассивными элементами цепи (в лабораторной работе это резисторы):

Р_г = ∑ Р_н + Р₀ = ∑ I² R + Р₀.

В лабораторной установке должно соблюдаться равенство:

.

Внутренним сопротивлением генератора ГН₂ пренебрегаем, считая Р₀ = 0.

Контрольные вопросы

1. Почему схема с последовательным соединением потребителей называется делителем напряжения?

2. Как рассчитать сопротивление, эквивалентное параллельному соединению?

3. Как составить уравнение по первому закону Кирхгофа для узла, к которому подходят токи трех ветвей, а выходят токи двух ветвей?

4. Как по приборам (вольтметр, амперметр) определить направление тока на участке цепи?