«Законы кирхгофа»
Цель работы:
Изучение теоретического материала [1, п.1.8].
Проверка законов Кирхгофа на примере цепи постоянного тока методом вычислительного эксперимента.
1.1. Порядок выполнения работы
1.1.1. Закон кирхгофа для токов (первый закон)
1.1.1.1. Собрать схему цепи постоянного тока, заданную преподавателем, в программе Multisim 7 (см. Приложение 1). Установить параметры схемы и обозначения в соответствии с заданием.
1.1.1.2. Произвольно выбрать некоторый узел и включить по амперметру (из группы Indicators) в каждую ветвь, присоединенную к этому узлу. Положительные зажимы амперметров должны быть подключены к выбранному узлу (рис. 1.1). Необходимо помнить, что амперметр включается в ветвь последовательно.
Рис. 1.1. Однополярное подключение амперметров к узлу
1.1.1.3. Зарисовать подсхему с амперметрами в протокол. «Включить» схему и записать показания амперметров. «Выключить» схему.
1.1.1.4. Изменить полярность подключения всех амперметров. Повторить измерение токов.
1.1.1.5. Повторить пп. 1.1.1.2-1.1.1.4 для другого узла.
1.1.1.6. Изменить полярность подключения нескольких амперметров. Повторить измерения п. 1.1.1.3.
1.1.2. Закон кирхгофа для напряжений (второй закон)
1.1.2.1. Собрать замкнутый контур из нескольких вольтметров (не менее четырех) так, чтобы «плюс» одного соединялся с «минусом» другого (рис. 1.2). Расположить контур рядом с исследуемой схемой.
Рис. 1.2. Замкнутый контур из пяти вольтметров
1.1.2.2. В точках соединения вольтметров разместить соединители (Junction). Для этого выполнить команду главного меню Place/Junction и щелкнуть левой кнопкой мыши в предполагаемом месте размещения соединителя.
1.1.2.3. Подключить все соединители контура вольтметров (рис. 1.2) к различным точкам исследуемой цепи. Полученную схему занести в протокол
1.1.2.4. «Включить» схему и записать показания вольтметров в протокол. «Выключить» схему.
1.1.2.5. Изменить некоторые точки подключения контура вольтметров к схеме и повторить предыдущий пункт.
1.1.2.6. Изменить полярность подключения нескольких вольтметров в контуре. Повторить п. 1.1.2.4.
1.2. Обработка результатов экспериментов
1.2.1. Закон кирхгофа для токов
По результатам пп. 1.1.1.3-1.1.1.6 проверить выполнение закона Кирхгофа для токов. При этом следует иметь в виду, что полярность амперметра взаимнооднозначно связана с условно-положительным направлением тока, как показано на рис. 1.3. Предполагается, что ток, втекающий в плюс амперметра, вызывает его положительные показания.
Рис.1.3. Соответствие полярности амперметра и условно-положительного направления тока
1.2.2. Закон кирхгофа для напряжений
По результатам пп. 1.1.2.3-1.1.2.6 проверить выполнение закона Кирхгофа для напряжений. При этом следует иметь в виду, что полярность вольтметра взаимнооднозначно связана с условно-положительным направлением напряжения, как показано на рис. 1.4. Предполагается, что, если потенциал т. a выше потенциала т. b, то показания вольтметра будут положительными.
Рис.1.4. Соответствие полярности вольтметра и условно-положительного направления напряжения
Контрольные вопросы
Могут ли все амперметры в схеме рис. 1.1. давать показания одного знака?
Могут ли все вольтметры в схеме рис. 1.2. давать показания одного знака?
Попробуйте представить исследуемую цепь в виде двух подсхем, соединенных несколькими проводами (рис. 1.5). Эту процедуру иногда называют сечением схемы. Включите амперметры в эти провода (т.е. в ветви сечения) и проверьте, выполняется ли закон Кирхгофа для сечения?
Рис.1.5. Разделение схемы на две подсхемы
Существуют ли физические ограничения на применение законов Кирхгофа?
Что имеют в виду, когда говорят о топологическом характере законов Кирхгофа?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2