Исследование цепи постоянного тока с параллельным соединением элементов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: проверить на опыте свойства параллельного соединения элементов и 1-й закон Кирхгофа.

ПЛАН РАБОТЫ:

1.Сборка схемы опыта;

2.Измерение тока и напряжения на отдельных ветвях цепи;

3.Расчет сопротивлений элементов цепи и отдельных ветвей;

4.Составление отчета.

Подготовка к работе

Параллельное соединение резисторов – это такое соединение, когда начала всех резисторов соединены в одну точку, а концы – в другую.

Электрическая ветвь – часть электрической схемы, где ток не меняет своего значения (часть цепи без ответвлений).

Электрический узел – место соединения более 2-х электрических ветвей.

Исходя из закона сохранения электрического заряда, сформулирован 1-закон Кирхгофа - алгебраическая сумма токов узла равна нулю: I₁ + I₂ + I₃ = 0

Для параллельного соединения характерно одинаковое падение напряжения на каждом резисторе и на всем участке:

U₁ = U₂ = U₃ = U (В)

Сила токов в параллельных ветвях обратно пропорциональна сопротивлениям:

I₁ = U / R₁; I₂ = U / R₂; I₃ = U / R₃. (А)

Каждое сопротивление можно найти по формулам:

R­₁ = U / I₁; R₂ = U / R₂; R₃ = U / I_3­. (Ом)

Эквивалентное сопротивление двух ветвей

R_эк = R_{1 *}R₂ / (R₁+R₂) (Ом)

трех ветвей- R _экв = R_1*R_2*R₃ / (R_1*R₂+R_2*R₃+R_1*R₃) (Ом)

Большее количество ветвей можно группировать по две или три, а затем аналогично находить эквивалентное сопротивление.

Если сопротивления ветвей равны, то эквивалентное сопротивление участка:

R_эк = R / m, (Ом)

где m – число параллельных ветвей.

Эквивалентная проводимость при параллельном соединении определяется как сумма проводимостей всех ветвей: G _экв = G₁+G₂+G₃

где G₁=1/R₁, G₂=1/R₂, G₃=1/R₃ – проводимости ветвей ( 1/ Ом, См.)

Для m одинаковых резисторов эквивалентная проводимость

G _{эк в} = G *m. (См)

Мощность, поглощаемая резисторами при параллельном соединении, можно рассчитать по формулам, аналогичным для последовательного соединения:

P₁ = U*I₁ = I²R₁ = U²/ R₁ = U² g_1, (Вт)

P₂ = U*I₂ = I²R₂ = U²/ R₂ = U² g₂ и т. д.

Электрическая энергия, выработанная источником, в потребителях переходит в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую и т. д., поэтому будет справедливо уравнение, называемое балансом мощностей:

P =P₁+ P₂+ P₃ (Вт)

где P=E*I – мощность источника энергии, Вт.;

P₁, P₂, P₃ – мощности потребителей, Вт.

Для упрощения расчета часто потребители, преобразующие электрическую энергию в механическую или световую, заменяют эквивалентными потребителями, преобразующими электрическую энергию в тепловую, т. е. получают эквивалентную схему замещения.

Описание работы

1. Собрать схему опыта в соответствии с рисунком.

2. Включить источник G₁, выставить напряжение 5В, провести замеры напряжения U на источнике и ветвях, замеры тока источника I и ветвей I₁, I₂ цепи. Результаты замера занести в таблицу № 1.

О БОРУДОВАНИЕ:

G – источник питания, 5В

R₁, R₂ – резисторы, 4, 10 Ом

PA₁, PA₂ - амперметр, 2А

PV₁ – вольтметр, 6В