4. Порядок выполнения работы

1. Выбрать из набора миниблоков резисторы и . Номиналы резисторов для каждого варианта указаны в таблице 1.1 в столбцах «Последовательное соединение»; выбор варианта производится по указанию преподавателя. Собрать на наборной панели цепь по схеме рис. 1.4 (к источнику подключены последовательно соединённые резисторы R₁, R₂). При сборке необходимо сначала собирать ту часть схемы, которая ВЫДЕЛЕНА ЖИРНОЙ ЛИНИЕЙ, а только потом подключать измерительный прибор. Точки его подключения указаны на схеме. Обратите внимание, что АМПЕРМЕТР включается в «разрыв» ветви, ток которой необходимо измерить, т. е. ВМЕСТО ПЕРЕМЫЧКИ; ВОЛЬТМЕТР подключается ПАРАЛЛЕЛЬНО ЭЛЕМЕНТУ или к узлам цепи, между которыми надо измерить напряжение.

Рис. 1.4. Схема для исследования последовательного соединения резисторов

2. Пределы измерений с помощью переключателя режимов работы мультиметра необходимо выбирать следующие:

• для измерения напряжения – – использовать из сектора пределов «V–» предел «20 В»;

• для измерения тока – – использовать из сектора пределов «A–» предел «200 mA».

Подробнее об использовании мультиметра см. в п. 7.6 общих положений данных методических указаний.

3. Пригласить преподавателя для проверки цепи.

Задание: Измеряя токи и напряжения, убедиться в выполнении 2-го закона Кирхгофа для различных токов цепи.

4. При отключенном от цепи источнике напряжения, вращая ручку регулятора на панели генератора постоянных напряжений, установить значения ЭДС источника , согласно таблице 1.1. Для этого соединить вольтметр и источник постоянного напряжения, как показано на рис. ОП.1, а (значение ЭДС E принимаем приблизительно равным напряжению на зажимах цепи, т. е. ).

5. Подключить исследуемую цепь к источнику постоянного напряжения.

6. Поочерёдно, включая амперметр между точками A и B, C и D, F и G вместо перемычки, измерить токи вдоль всей подключённой цепи, полученные значения занести в таблицу 1.2 в строку «Опыт 1», сравнив их между собой ( ).

7. Подключая вольтметр между точками B и C, D и E, измерить частичные напряжения (падения напряжений) на элементах цепи. Полученные значения занести в таблицу 1.2 в строку «Опыт 1».

8. Измерить полное напряжение на всей цепи, подключив вольтметр к точкам A и G, значение занести в таблицу 1.2, проверив выполнение 2-го закона Кирхгофа ( или ).

Таблица 1.2

ИЗМЕРЕНО

ВЫЧИСЛЕНО

ЭДС, В

Ток, А

Падение напряжения, В

Полное напря­жение, В

Сопротивление, Ом

Мощность, Вт

E ≈ U

Точки цепи

Точки цепи

A – B

C – D

F – G

B – C

D – E

A – G

Опыт 1

Опыт 2

9. Повторить выполнение пунктов 6, 7, 8 ДЛЯ ДРУГОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭДС источника, принимая , взятого либо согласно таблице 1.1, по заданному варианту, либо изменив исходное значение ЭДС (по указанию преподавателя). Полученные значения занести в таблицу 1.2 в строку «Опыт 2». Убедиться в выполнении 2-го закона Кирхгофа для различных токов в цепи. По окончании работ отключить напряжение источника.

10. По полученным данным вычислить в соответствии с законом Ома сопротивления отдельных участков цепи и сравнить полученные значения с результатами измерений сопротивлений (с выставленными номиналами сопротивлений). При существенном расхождении этих значений (более 5 %) проверить результаты измерений и вычислений, результаты занести в таблицу 1.2.

; ; ; .

11. Вычислить и записать в таблицу 1.2 мощность для каждого участка и всей цепи по формулам:

; ; ; .

Проверить выполнение баланса мощности в цепи.

12. ВЫБРАТЬ из набора миниблоков ДРУГИЕ РЕЗИСТОРЫ и . Номиналы этих резисторов указаны в таблице 1.1 в столбцах «Параллельное соединение». Собрать на наборной панели цепь по схеме рис. 1.5 (к источнику напряжения подключены параллельно соединённые резисторы). При сборке необходимо сначала собирать ту часть схемы, которая ВЫДЕЛЕНА ЖИРНОЙ ЛИНИЕЙ, а только потом подключать измерительный прибор. Точки его подключения указаны на схеме. Пределы измерения необходимо устанавливать такие же, как и в предыдущих пунктах. После сборки цепи пригласить преподавателя для её проверки.

Рис. 1.5. Схема для исследования параллельного соединения резисторов

Задание: Убедитесь, что напряжение, приложенное к каждому резистору, одинаково, а сумма токов в ветвях равна полному току цепи, т. е. выполняется 1-й закон Кирхгофа.

13. При отключенном от цепи источнике напряжения, вращая ручку регулятора на панели генератора постоянных напряжений, установить значение ЭДС источника , согласно таблице 1.1 (такое же, как и в Опыте 1 при последовательном соединении).

14. Подключить исследуемую цепь к источнику постоянного напряжения. Поочерёдно включая мультиметр в разрывы цепи между точками , , , измерить токи в соответствующих ветвях, проверить выполнение 1-го закона Кирхгофа ( или ). Затем измерить напряжения на резисторах , (между точками , ) и на всей цепи ( ). Сравнить их между собой ( или ). Полученные значения токов и напряжений записать в таблицу 1.3 в строку «Опыт 1».

15. Повторить п. 14 для другого значения ЭДС источника , взятого либо по заданному варианту согласно таблице 1.1, либо изменив исходное значение ЭДС (по указанию преподавателя). Убедиться в выполнении 1-го закона Кирхгофа для различных напряжений, приложенных к цепи. Полученные значения токов и напряжений записать в таблицу 1.3 в строку «Опыт 2». По окончании измерений отключить источник напряжения.

Таблица 1.3

ИЗМЕРЕНО

ВЫЧИСЛЕНО

Полный ток, А

Токи ветвей, А

Напряжение, В

Сопротивление, Ом

Мощность, Вт

Проводимость, См

Точки цепи

Точки цепи

A – B

C – D

E – F

D – G

F – H

A – K

Опыт 1

Опыт 2

16. По полученным данным вычислить в соответствии с законом Ома сопротивления параллельных ветвей и всей цепи. Результаты вычислений записать в таблицу 1.3.

; ; ; .

17. Подсчитать проводимость каждой параллельной ветви и всей цепи:

; ; .

18. Определить и записать в таблицу 1.3 мощность, потребляемую каждой отдельной параллельной ветвью и всей цепью:

; ; .

Убедиться в правильности полученных из опыта и расчёта результатов:

; ; ; ; .

Проверить выполнение баланса мощности.

При необходимости (если погрешность измерений больше 5 %, а вычислений больше 3 %) повторить изменения и вычисления.