Оформление отчетов по лабораторным работам

1. Каждый студент представляет отчеты по всем выполненным работам (см. форму титульного листа).

2. Отчеты могут быть представлены в рукописном виде или в форме распечатки на одной стороне стандартного листа белой бумаги формата А4 (210 х 297 мм); графическая часть (схемы, графики, диаграммы) выполняются с помощью циркуля и линейки; графики, векторные и диаграммы строятся на миллиметровой бумаге с соблюдением соответствующих ГОСТов.

3. Кривые всех величин, являющиеся функциями одного и того же строятся на одном общем графике. Точки, относящиеся к разным кривым на одном и том же графике, наносятся разными по форме или цвету знаками. Число точек для каждой кривой должно соответствовать числу точек наблюдений в таблице.

4. Все кривые проводятся плавно через экспериментальные точки или между ними, если точки не ложатся на плавную кривую.

Порядок оформления отчета

1. Краткое содержание задания.

2. Электрические схемы измерений.

3. Таблицы измерений и вычислений.

4. Расчеты всех требуемых параметров с приведением соответствующих формул.

5. Графики и векторные диаграммы.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный университет

пищевых производств

Кафедра «Информатика и управление»

Отчет по лабораторной работе №____

____________________________________

(наименование работы)

Работу выполнил

Студент гр. _______

____________________

(Ф.И.О.)

Работу принял

Преподаватель

____________________

(Ф.И.О.)

Москва 20____

Лабораторная работа №1

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Цель работы: сопоставить основные теоретические положения, свойственные цепям постоянного тока с экспериментальными данными.

Краткие теоретические сведения

Электрической цепью постоянного тока называется совокупность соединенных между собой элементов цепи: источников (генераторов постоянного тока, аккумуляторов и т.д.), приемников электрической энергии (реостатов, ламп накаливания и т.д.) и связывающих их соединительных проводов.

Для определенности будем называть источники электрической энергии генераторами, а совокупность приемников электрической энергии нагрузкой.

Для того, чтобы упростить рассмотрение процессов в электрической цепи, ее заменяют расчетной схемой или идеализированной цепью и пользуются понятиями элементов схемы: электродвижущей силой (ЭДС) Еи внутренним сопротивлениемR₀генератора и сопротивлением нагрузкиR.Сопротивлением соединительных проводов обычно пренебрегают, т.е. считают его равным нулю. Таким образом, простейшая цепь постоянного тока состоит из генератора (Е– ЭДС генератора,R₀ - внутреннее сопротивление генератора) и нагрузкиR, подсоединенной к зажимам генератора «А» и «В» (рис.1) с помощью соединительных проводов.

Рис.1. Схема простейшей цепи постоянного тока.

Совокупность нагрузки и соединительных проводов называется внешней цепью в отличие от полной цепи постоянного тока, включающей в себя и генератор. Ключ Кпредназначен для подключения или отключения нагрузки от генератора.

Направление действия ЭДС принимают от низшего потенциала к высшему. Зажим генератора с более высоким потенциалом называется положительным и обозначается знаком «+», а зажим с более низким потенциалом называется отрицательным и обозначается знаком «−».

На схемах источники ЭДС обозначаются кружком со стрелкой внутри него, указывающей направление действия ЭДС , либо знаком . ЭДС измеряется в вольтах (В). Направление тока внутри генератора совпадает с направлением действия ЭДС, т.е. от зажима«−» к зажиму «+». Во внешней цепи (рис.1) ток направлен от зажима «А» (+) к зажиму «В» (−), т.е. от точки с более высоким потенциаломφ_Ак точке с более низким потенциаломφ_В. Это направление тока принято считать положительным.

ЭДС генератора определяют в режиме холостого хода (ключ Кразомкнут, ток в цепи отсутствует) как напряжение на его зажимах. Это напряжение называется напряжением холостого ходаU_хх , т.е.Е=U_хх.

Если замкнуть ключ Ки таким образом присоединить нагрузкуRк зажимам генератора (рис.1), то в замкнутом контуре возникает токI, при этом напряжение на зажимах генератора не будет равно ЭДС вследствие падения (потери) напряжения внутри генератора ΔU_Г=I∙R₀. Таким образом, напряжение на зажимах генератора будет равно

U=E– ΔU_Г=E–I∙R₀=U_хх–I∙R₀. (1)

Ток в цепи зависит от сопротивления нагрузки Rи внутреннего сопротивления генератораR₀.

I==. (2)

Из выражений (1) и (2) следует, что чем меньше сопротивление нагрузки R, тем больше токIи потери напряжения на внутреннем сопротивлении генератора ΔU_Г и тем меньше напряжение на зажимах генератораU.

Зависимость напряжения на зажимах генератора от величины тока в цепи называется внешней характеристикой генератора

Типичная внешняя характеристика генератора U=f(I) показана на рис. 2.

Рис.2. Внешняя характеристика генератора

Пренебрегая сопротивлением соединительных проводов, считаем, что напряжение на зажимах генератора приложено к сопротивлению нагрузки (рис.1). Если сопротивление нагрузки равно нулю (R= 0), то такой режим работы называется режимом короткого замыкания, при котором ток в цепи принимает максимальное значениеI _КЗ = , а напряжение на зажимах генератораU= 0, (см . рис. 2).

Полная мощность генератора определяется как

Р₁ =I ²∙(R₀ +R) = = (3)

Полезная мощность генератора определяется как

Р₂=== (4)

Коэффициент полезного действия генератора равен

η===. (5)

При анализе электрических цепей используются понятия ветвь,узеликонтур.

Ветвьюназывается участок электрической цепи, по которому проходит один и тот же ток.

Узломназывается точка соединения трех и более ветвей.

Контуромназывается одна или несколько ветвей, образующих замкнутую электрическую цепь.

Элемент электротехнической цепи, специально изготавливаемый для получения заданного сопротивления, называется резистором. Термины «сопротивление» и «резистор» часто используются как слова синонимы.

Различают параллельное, последовательное и смешанное соединение сопротивлений (резисторов).

При последовательном соединении через все резисторы протекает один и тот же ток. При таком соединении общее сопротивление внешней цепи (нагрузки) равно сумме сопротивлений всех резисторов, т.е. R=.

Таким образом, чем больше сопротивлений подключено последовательно, тем больше общее сопротивление цепи.

При параллельном соединении все резисторы находятся под одним и тем же напряжением. При таком соединении общая проводимость внешней цепи равна сумме проводимостей всех резисторов, т.е. g=Из этого выражения можно получить формулу для расчета общего (эквивалентного) сопротивления внешней цепиR, зная количество ветвей в ней. Так, для схемы из двух ветвейR₁иR₂имеем

g=g₁+g₂, т.е.=, откудаR_Э=(6)

Для схемы, состоящей из двух трех ветвей (R₁,R₂иR₃) имеем

R_Э=(7)

Можно показать, что чем больше сопротивлений подключено параллельно, тем меньше общее (эквивалентное) сопротивление цепи. Так для трех одинаковых сопротивлений R₁=R₂=R₃=Rиз выражения (7) получаем

R_Э=

При смешанном соединении часть сопротивлений соединена параллельно, а другая часть последовательно.

Вычисление мощности Р, выделяющейся на сопротивлении R, можно провести по одной из следующих формул:

Р = UI=I²R=,

где U– напряжение, приложенное к сопротивлениюR,

I– ток, протекающий по сопротивлениюR.

Основными теоретическими положениями, подлежащими сопоставлению с экспериментальными данными в соответствии с целью работы, являются первый и второй законы Кирхгофа и уравнение баланса мощностей.

Согласно первому закону Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле электрической цепи равна нулю, т.е.

ΣI= 0 (8)

Этот закон также может быть сформулирован следующим образом: сумма токов, притекающих к узлу, равна сумме токов, уходящих от узла.

Согласно второму закону Кирхгофа: алгебраическая сумма ЭДС, действующих во всяком замкнутом контуре, равна алгебраической сумме напряжений, приложенных ко всем сопротивлениям, входящим в этот контур, т.е.

ΣЕ= Σ I∙R(9)

Уравнение баланса мощностей в любой электрической цепи формулируется в соответствии с правилом: алгебраическая сумма мощностей, развиваемых всеми источниками энергии, равна алгебраической сумме мощностей, выделяющихся на всех сопротивлениях электрической цепи, т.е.

ΣЕ∙I= Σ I²∙R(10)