1 Исследование закона Ома для однородного участка электрической цепи

1.1 Собрать схему (рисунок 3) и подключить контрольно-измерительные приборы На виртуальной модели участка U – напряжение, равное изменению потенциала электрического поля на резисторе со знаком «-» и численно равное работе электрического поля над +1 Кл. Вольтметр показывает еѐ в направлении обхода участка от «+» к «-» вольтметра, так что при противоположной полярности подключения прибора его показание (работа поля) было бы отрицательным (обход «против тока»). Показание амперметра положительно, так как ток «проходит» прибор от его «+» к «-».

Показание виртуального измерительного прибора «Ваттметр» совпадает с произведением показаний вольтметра и амперметра, т. к. первое равно числу джоулей на кулон, второе – количеству кулонов в секунду, а их произведение равно числу джоулей в секунду или ватт (мощность электрического поля на участке, необратимо расходуемая на тепло, излучение или механическую работу).

Рисунок 3 – Схема исследования

1.2 Измерить сопротивление резистора с помощью виртуального измерительного прибора «Мультиметр»

Рисунок 4

2 Исследование закона Ома для замкнутого контура с эдс

Собрать схему (рисунок 5)

Рисунок 5 – Схема исследования

Виртуальная модель контура с ЭДС: r – внутреннее сопротивление источника напряжения, R – сопротивление внешней нагрузки (величину R меняем с помощью потенциометра, увеличивая его от 20 Ом до 100 Ом с шагом (инкрементом) 20 Ом нажатием на клавишу «А» ), e – величина ЭДС (приведем показания приборов для 20 Ом и 40 Ом):

3 Интегральный закон Ома для неоднородного участка с эдс

Собрать схему (рисунок 6)

Рисунок 6 – Схема исследования

Создаем виртуальную модель неоднородного участка, используя идеальный источник тока, задающий в контуре ток силой 1 А независимо от сопротивления R нагрузки.

Создадим диаграмму распределения потенциала вдоль оси х, т. е. в направлении обхода участка от точки 1 до точки 2 (от «+» к «-» вольтметра U₁₂, показание которого численно равно работе электрического поля над + 1 Кл на всем участке). Отметим, что полярность (направление обхода) подключения вольтметра U₃₁ противоположно полярности U₁₂, а полярность U₃₂ совпадает с U₁₂. Направления обхода обозначены зелеными стрелками над вольтметрами.

4 Расчет разветвленной цепи, составленной из трех неоднородных участков с эдс, по правилам Кирхгофа

Создать виртуальную модель схемы (рисунок 7)

Рисунок 7 – Схема исследования

На рисунке двойные синие стрелки I1 - I3 соответствуют предполагаемым (произвольно) направлениям токов ветвей, а красные стрелки над амперметрами - реальным направлениям токов (показание амперметра положительно, если ток проходит по нему от «+» к «-» и наоборот). Направление обхода контуров 1 и 2 обозначено полукруглыми синими стрелками (обход обоих по часовой стрелке).

Содержание отчета

1. В отчете указать тему, цель работы

2. Исследования

3. Схемы исследований

4. Математические модели исследуемых цепей

5. Записать выводы по проделанной работе

Контрольные вопросы

1 Сформулировать закон Ома для участка и для замкнутого контура.

2 Нарисовать схемы с последовательным и параллельным соединением пассивных элементов, указать основные свойства этих соединений, схему со смешанным соединением пассивных элементов; дать порядок расчета этих схем.

3 Нарисовать схемы соединения пассивных элементов звездой и треугольником и объяснить порядок их расчета.

4 Сформулировать первый и второй законы Кирхгофа, объяснить правила знаков.

5 Сформулировать уравнение баланса мощностей.