Описание экспериментальной установки

В работе используются электронные приборы. Источниками питания являются приборы типа Б5-43, Б5-44, Б5-46. Такие приборы имеют крайне малое внутреннее сопротивление (сотые доли Ома). В связи с этим последовательно с ними для удобства работы включены резисторы порядка нескольких кОм, имитирующие внутреннее сопротивление источников.

В работе использован миллиамперметр типа Ф-279, позволяющий одновременно измерять до 12 токов на различных участках цепи. Питание прибора осуществляется от сети ~220 В. Входные клеммы прибора выведены на стенд. Подключение прибора должно производиться с учетом полярности. В зависимости от силы измеряемого тока светящаяся полоска на шкале миллиамперметра имеет различную ширину. Когда светится одно нижнее деление полоски, сила тока равна нулю. Погасание и этого светящегося деления означает, что измеряемый ток течет в противоположном направлении. Для измерения тока в этом случае штекеры, подводящие ток к этому входу миллиамперметра, надо поменять местами. При перенагрузке миллиамперметра верхние три риски шкалы начинают светиться более ярко.

Напряжение измеряют с помощью цифрового вольтметра Ф-283. Питание прибора осуществляется от сети ~220 В. После включения шнура питания в розетку необходимо нажать белую кнопку на панели прибора. Подключение измеряемого напряжения осуществляется на задней панели прибора к клеммам “ОБЩ.”, “ВХОД”. Знак “МИНУС”, загорающийся перед цифрами, означает, что потенциал точки, подключенной к клемме “ВХОД” ниже, чем потенциал точки, подключенной к клемме “ОБЩ”. В противном случае знак “МИНУС” не загорается.

Предел измерения выбирается нажатием на панели прибора кнопок: 0,02; 0,2; 2; 20; 200. Возможен автоматический выбор предела. Для этого надо нажать кнопку “АВТ”. Кнопки: “20 mS”, “РВЗ”, “ПУСК” – должны быть не нажаты. Если в процессе работы цифры на панели прибора перестали светиться, это значит, что на прибор подано напряжение, превышающее включенный предел. В этом случае надо включить иной предел или выключить вольтметр еще одним нажатием белой кнопки.

Цифры на панели прибора могут давать показания в Вольтах, в этом случае в конце панели горит знак “U” или в милливольтах – горит знак “mU”.

Перед началом работы необходимо проверить наличие заземления приборов Б5-43, Б5-44, Б5-46, Ф-283, Ф-279. При отсутствии заземления или его повреждении работать запрещается.

Выполнение работы

Упражнение 1. Исследование замкнутой цепи постоянного тока.

1. Собрать схему, приведенную на рис. 4.

r– внутреннее сопротивление источника тока.

-

+

V

-

+

-

+

A

R

Рис. 4

2. Меняя величину сопротивления нагрузки R, изучить зависимости

I =f (R) ,U=f (R) .

В качестве сопротивления нагрузки Rиспользовать магазин сопротивлений КСМ–6.

3. Воспользовавшись значением силы тока для двух различных сопротивлений нагрузки, подсчитать иR источника, используя формулу (11). Расчет повторить для нескольких пар (I,R). Усреднить результат. Оценить погрешность.

4. Зная иr, по формуле (12) рассчитатьU=f (R). На тех же осях построить эмпирическую зависимостьU (R).

5. По экспериментальным значениям R,IрассчитатьP=f (R), P_n=f (R), η=f (R). Построить графики.

6. По графику P_n=f(R) оценить величину внутреннего сопротивления источника тока.

7. Какое сопротивление Rявляется оптимальным нагрузочным сопротивлением источника?

8. Выполнить пункты 2, 3 для остальных двух источников тока.

Упражнение 2. Исследование участка цепи, содержащего эдс.

1. Собрать схему, приведенную на рис. 5. В качестве R_вн использовать магазин сопротивлений КСМ–6. Считать,известными, – внутреннее сопротивление источника с эдс.

R

+

-

+

-

A

V

+

-

Рис. 5

2. Меняя R_вн , снять зависимостьI =f (U).

3. По полученной зависимости с использованием закона Ома для участка цепи, содержащего эдс (см. формулу (7)), определить иr.

Упражнение 3. Проверка правил Кирхгофа.

Собрать электрическую разветвленную цепь, содержащую не менее двух простых контуров (число простых контуров – по указанию преподавателя). В качестве примера см. рис. 6.

На участках этой цепи должны находиться все три источника тока, эдс и внутреннее сопротивление которых вы уже определили, а также резисторы из набора 15-ти резисторов, закрепленных на измерительном стенде. Номиналы этих резисторов приведены в конце описания. Зарисовать в тетради собранную электрическую схему. Имеющиеся 12 каналов миллиамперметра при этом необходимо использовать для измерения токов на всех участках сконструированной вами схемы.

Т

R₁

ак в схеме, приведенной на рис. 6, надо включить три миллиамперметра, каждый из которых должен быть подсоединен последовательно сопротивлениям.

A₁

R₂

A₂

R₃

A₃

Рис. 6

Пользуясь правилами Кирхгофа, рассчитать токи на участках цепи. Сравнить рассчитанные токи с экспериментально измеренными, обращая внимание на направление их протекания. С учетом погрешности измерений сделать вывод о выполнимости правил Кирхгофа. Расчетные и экспериментально измеренные токи представить в виде таблиц.