Лабораторна робота № 1. Тема: Послідовне та паралельне з’єднання приймачів у колі синусоїдного струму.

Мета роботи - навчитися складати послідовне, паралельне та мішане кола; вивчити співвідношення між струмами та напругами при послідовному, паралельному й мішаному з'єднаннях резисторів; визначити опір електричного кола.

Теоретичні відомості

Насамперед установимо, що таке струм з точки зору електронної теорії будови речовини і чому одні метали краще проводять електричний струм, а інші гірше.

Наприклад, розглянемо хімічний елемент із періодичної таблиці Д. І. Менделєєва, що знаходиться на

Рис. 1.

а б в г

13 місці, та з'ясуємо, скільки в нього електронів і на яких орбітах вони розташовуються. Ми побачимо (рис. 1, а), що в цього елемента (поки не називаємо, який саме це елемент) електрони знаходяться на трьох орбітах, причо­му на першій - їх два, на другій - вісім і на третій - три, З цього можна зробити висновок, що відірвати один електрон з третьої орбіти складно, оскільки потрібно прикласти досить велику силу. Тепер як приклад візьмемо хімічний елемент, який знаходиться на 26 місці (рис 1. б) У цього елемента на чотирьох орбітах обертається 26 електронів, причому на останній орбіті знаходиться два електрона. Якщо порівняти цей і попередній хімічні елементи за електропровідністю, то можна сказати, що в другого елемента відірвати електрон з останньої орбіти легше: по-перше, тому, що він знаходиться далі від ядра, внаслідок чого сила його притягання слабкіша; по-друге, на останній орбіті знаходиться тільки два електрона.

Далі розглянемо хімічний елемент, що знаходиться на 29 місці (рис. 1. в) У цього елемента електронних орбіт також чотири але на останній з них є лише один електрон. Сила притягання його до ядра буде ще слабкіша, ніж у попередньому елементі, а значить, відірвати електрон від ядра буде легше.

Таким чином, із трьох розглянутих хімічних елементів перше місце за електропровідністю займає елемент, який знаходиться на 29 місці, друге - на 26 місці й останнє, трете,- на 13 місці. Якщо ми візьмемо ще один хімічний елемент (рис. 1 г), то побачимо, що в нього на п'яти орбітах розташовується 47 електронів, причому на останній з них знаходиться один електрон. На підставі попередніх міркувань можна стверджувати, що в цього елемента відірвати один електрон з останньої (п'ятої) орбіти ще легше, ніж у попередніх трьох. Якщо тепер розставити хімічні елементи за електропровідністю, то на перше місце потрібно поста­вити хімічний елемент, який знаходиться на 47 місці, на друге - той елемент, що займає 29 місце, і т, д.

На підставі періодичної таблиці Д.І. Менделєєва легко встановити, що на 47 місці в ній знаходиться срібло, на 29 - мідь, на 26 - залізо, а на 13 - алюміній. З предмета фізики відомо, що найкраще електричний струм проводить срібло, після нього - мідь і т. д.

Можна було б взяти також інші хімічні елементи і провести порівняльний аналіз їх електропровідності, але ми зупинилися тільки на тих з них, які знаходять практичне застосування як провідники електричного струму.

Електричний струм позначається літерою I й вимірюється в амперах (А). Крім основної одиниці, існують додаткові, які різняться одна від одної в 1000 разів: це мегаампер (МА) та кілоампер (кА), міліампер (мА) та мікроампер (мкА)

Тому, якщо показати за допомогою вектора електричний струм, то цей вектор буде спрямований в бік від ядра, причому електричному струму потрібно подолати силу притягання електрона до ядра атома. Цю силу, що протидіє електричному струму, називають електричним опором. Позначається вона літерою R і вимірюється в омах (Ом). Крім основної одиниці, існують додаткові, які різняться одна від одної в 1000 разів: це мегаом (МОм) і кілоом (кОм),

В електричних колах застосовуються різні з'єднання опорів: послідовне, паралельне та мішане.

При послідовному з'єднанні споживачі з'єднуються в ланцюжок (рис 1.) тобто кінець першого резистора (R₁) з'єднується з початком другого резистора (R₂), кінець другого (R₂) - з початком третього резистора (R₃).

Рис 1. Послідовне з’єднання.

б) в)

Рис.2

Рис.2 (б) паралельне з’єднання

Рис.2 (в) змішане з’єднання

Якщо таке коло приєднати до джерела напруги, то воно матиме вигляд, показаний на рис. 1. Струм I_заг, який проходить через кожний резистор, буде однаковий, тобто:

Напруга U_заг прикладена до резисторів, дорівнює сумі спадів напруг на кожному резисторі:

Загальний опір R_заг в такому колі дорівнює сумі всіх опорів, тобто:

Паралельним називається таке з'єднання резисторів, коли всі початки їх з'єднуються в точці А, кінці - в точці В (рис. 2 (а)). Точки А та В називаються вузлами. При паралельному з'єднанні резисторів (рис. 2,(б)) напруга до них підводиться однакова:

,

а струм I_заг розгалужується:

Цей закон, який називається першим законом Кірхгофа, формулюється так: Сума струмів, що приходять до вузла, дорівнює сумі струмів, які відходять від нього.

Загальний опір R_заг кола завжди менший від будь-якого його опору, оскільки

Це важливо знати при розрахунках таких кіл.

Третій варіант з'єднання резисторів - це мішане з'єднання їх (рис. 2(в)). Тут резистори вмикаються в коло послідовно та паралельно. Розрахунки таких кіл виконувати складніше, тому що потрібно визначити послідовність розрахунків. На зображеній схемі спочатку знаходять загальний опір R_2,3 який складається з двох паралельних віток, тобто R₂ та R₃. При цьому

а потім обчислюють

Після цього визначають спади напруги на окремих ділянках кола.