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. Соберите схему цепи постоянного тока, заданную преподавателем, в программе Multisim 7 (см. Приложение). Установите параметры схемы и обозначения в соответствии с заданием.
1.1.1.2. Произвольно выберите некоторый узел и включите 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. Зарисуйте подсхему с амперметрами в протокол. Включите схему и запишите показания амперметров. Выключите схему.
1.1.1.4. Измените полярность подключения всех амперметров. Повторите измерение токов.
1.1.1.5. Повторите пп. 1.1.1.2-1.1.1.4 для другого узла.
1.1.1.6. Измените полярность подключения нескольких амперметров. Повторите измерения п. 1.1.1.3.
1.1.2. Закон кирхгофа для напряжений (второй закон)
1.1.2.1. Соберите замкнутый контур из нескольких вольтметров (не менее четырех) так, чтобы «плюс» одного соединялся с «минусом» другого (рис. 1.2). Расположите контур рядом с исследуемой схемой.
Рис. 1.2. Замкнутый контур из пяти вольтметров
1.1.2.2. В точках соединения вольтметров разместите соединители (Junction). Для этого выполните команду главного меню Place/Junction и щелкните левой кнопкой мыши в предполагаемом месте размещения соединителя.
1.1.2.3. Подключите все соединители контура вольтметров (рис. 1.2) к различным точкам исследуемой цепи. Полученную схему занесите в протокол.
1.1.2.4. Включите схему и запишите показания вольтметров в протокол. Выключите схему.
1.1.2.5. Измените некоторые точки подключения контура вольтметров к схеме и повторите предыдущий пункт.
1.1.2.6. Измените полярность подключения нескольких вольтметров в контуре. Повторите 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 проверьте выполнение закона Кирхгофа для токов. При этом следует иметь в виду, что полярность амперметра взаимнооднозначно связана с условно-положительным направлением тока, как показано на рисунке 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 проверьте выполнение закона Кирхгофа для напряжений. При этом следует иметь в виду, что полярность вольтметра взаимнооднозначно связана с условно-положительным направлением напряжения, как показано на рисунке 1.4. Предполагается, что, если потенциал точки a выше потенциала точки b, то показания вольтметра будут положительными.
Рис. 1.4. Соответствие полярности вольтметра и условно-положительного направления напряжения
Контрольные вопросы
Могут ли все амперметры (рис. 1.1) давать показания одного знака?
Могут ли все вольтметры (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 (то есть 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