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 R использовать магазин сопротивлений КСМ–6.
3.
Воспользовавшись значением силы тока
для двух различных сопротивлений
нагрузки, подсчитать
и R источника,
используя формулу (11). Расчет повторить
для нескольких пар (I,
R). Усреднить результат.
Оценить погрешность.
4. Зная
и r, по формуле (12)
рассчитать U = f
(R). На тех же осях
построить эмпирическую зависимость U
(R).
5. По экспериментальным значениям R, I рассчитать P = f (R), Pn = f (R), η = f (R). Построить графики.
6. По графику Pn =f(R) оценить величину внутреннего сопротивления источника тока.
7. Какое сопротивление R является оптимальным нагрузочным сопротивлением источника?
-
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 Rвн
использовать магазин сопротивлений
КСМ–6. Считать
,
известными,
– внутреннее
сопротивление источника с эдс
.
R
+ -
+ -
A
V + -
Рис. 5
-
Меняя Rвн , снять зависимость I = f (U).
3. По полученной зависимости с использованием
закона Ома для участка цепи, содержащего
эдс (см. формулу (7)), определить
и r.
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
.
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.