Лабораторна робота 3 Дослідження кола постійного струму

Мета роботи: дослідити загальні властивості електричних кіл з послідовним, паралельним і змішаним з’єднанням приймачів; експериментально перевірити закони Кірхгофа.

Стислі теоретичні відомості

Окремі приймачі електричної енергії можуть бути з’єднані між собою різними способами. Послідовним з’єднанням приймачів (рис.3.1) називається таке з’єднання, коли кінець одного приймача з’єднається з початком другого, кінець другого – з початком третього і т.д.

Рисунок 3.1 – Послідовне з’єднання приймачів

При цьому через всі приймачі проходить один і той же струм, тобто I=I₁=I₂=I₃. По закону Ома напруга на окремих дільницях (приймача) пропорційна величині опорів цих дільниць, тобто:

Згідно з другим законом Кірхгофа алгебраїчна сума ЕРС за замкнутим контуром рівна алгебраїчній сумі падіння напруги на окремих дільницях (елементах) замкнутого контура. Для дослідження кола (див.рис. 3.1) рівняння згідно з другим законом Кірхгофа має вигляд:

або ж .

Після перетворення одержимо:

тобто напруга на затискачах кола U рівняється сумі напруг на окремих дільницях кола (наслідок з другого закону Кірхгофа для кола, що розглядається).

Загальний опір кола при послідовному з’єднанні приймачів дорівнює сумі опорів на окремих дільницях електричного кола:

Потужність всього кола дорівнює сумі потужностей окремих дільниць електричного кола (приймачів):

Паралельним з’єднанням приймачів (рис.3.2) називається таке з’єднання, коли початки всіх приймачів з’єднані в одну точку, а кінець – в другу. При цьому до загальних вузлових точок підведена одна і та ж (сітьова) напруга, тобто U=U₁=U₂.

Рисунок 3.2 – Паралельне з’єднання приймачів

Приймачі, включені між двома точками (вузлами) електричного кола, створюють так звані паралельні вітки або відгалуження.

Струм в окремих відгалуженнях визначається за законом Ома, тобто

а загальний струм, що підходить до точки відгалуження,

,

де R – загальний опір кола.

Для паралельного з’єднання

Згідно з першим законом Кірхгофа ∑I=0, тобто алгебраїчна сума струмів у вузлі електричного кола дорівнює нулю. Для будь-якого вузла кола, що розглядається рівняння згідно з першим законом Кірхгофа має вигляд:

або ж .

Після перетворення рівняння набуде вигляду

або .

Розділивши обидві частини рівняння на U, одержимо:

або

де G – загальна провідність кола .

Змішаним з’єднанням приймачів називається таке з’єднання, при якому в різному поєднанні є і послідовне і паралельне з’єднання окремих приймачів (рис.3.3).

Рисунок 3.3 – Змішане з’єднання приймачів

Загальний опір такого кола дорівнює сумі еквівалентних опорів послідовних відрізків.

У такому випадку

Загальний струм пропорціональний напрузі кола і протилежно пропорціональний його опору:

Напруга на окремих дільницях:

.

Струми на окремих дільницях знаходяться за законом Ома для дільниці кола:

Опис лабораторного обладнання

Лабораторну установку збирають відповідно до схем (рис. 3.3), вона вмістить наступні елементи:

– вольтметр 0...100 В 1 шт. – для виміру напруги на затискачах джерела і приймача (резисторах);

– амперметр 0...2 А 3 шт. – для виміру струму в вітках;

– приймач електричної енергії (3 групи резисторних елементів – R₁, R₂, R₃) зі змінним опором 0...50 Ом;

– джерело електричної енергії постійного струму напругою біля 30 В.