5.1.5.1. По результатам измерений рассчитайте сопротивления резисторов косвенным способом и занесите их в таблицу 5.2.
5.1.5.2. По результатам измерений рассчитайте сопротивления резисторов в каждой исследуемой схеме и занесите их значения в таблицы 5.3, 5.4, 5.5. Сравните полученные значения сопротивлений со значениями, определенными косвенным способом.
5.1.5.3. По заданному напряжению источника и параметрам цепи рассчитайте токи, напряжения и мощности для последовательного, параллельного и смешанного соединения резисторов. Данные расчетов занесите в таблицу 5.6. Сравните результаты расчетов и результаты опытов. Сделайте выводы по работе.
Таблица 5.1.6
| Схема соеди- нения | Задано | Вычислено | ||||||||||||
| U, В | R3, Ом | R4, Ом | R5, Ом | U3, В | U4, В | U5, В | I3, А | I4, А | I5, А | P3, Вт | P4, Вт | P5, Вт | P, Вт | |
| Последо-ватель- ное | ||||||||||||||
| парал- лельное | ||||||||||||||
| смешан- ное |
5.1.5.4. По результатам опытов проверьте выполнение законов Кирхгофа.
5.1.5.5. Оформите работу в соответствии с правилами.
5.1.6. Контрольные вопросы и задания
5.1.6.1. Дайте определение ветви, узла, контура электрической цепи.
5.1.6.2. Какое соединение элементов электрической цепи называется последовательным, параллельным, смешанным?
5.1.6.3. Как определяется эквивалентное сопротивление цепи при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов?
5.1.6.4. Сформулируйте законы Кирхгофа.
5.1.6.5. Запишите уравнения баланса напряжений и баланса мощностей в электрической цепи.
5.1.6.6. Объясните назначение и схемы включения амперметра, вольтметра, ваттметра.
5.1.6.7. Как определить цену деления амперметра, вольтметра, ваттметра?
5.1.6.8. Дайте определение класса точности средства измерения.
5.1.6.9. Объясните сущность измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра.
Лабораторная работа №2
Цепь постоянного тока с переменным сопротивлением нагрузки. Режимы работы электрической цепи
Цель работы
Исследовать влияние сопротивления нагрузки на основные характеристики электрической цепи. Определить условие передачи максимальной мощности приемнику.
5.2.2 Теоретические положения
 |
Передача электрической энергии от источника к нагрузке происходит по проводам, которые имеют некоторое сопротивление, зависящее от длины, сечения и материала проводов. Любой источник электрической энергии также обладает некоторым внутренним сопротивлением. Принимая во внимание и сопротивления измерительных приборов, коммутационной и защитной аппаратуры, схема замещения реальной электрической цепи может быть представлена двумя последовательно соединенными резисторами r0 и Rн, где r0 - суммарное сопротивление проводов, источника и вспомогательных элементов цепи, а Rн - сопротивление нагрузки (рисунок 5.2.1).
Рисунок 5.2.1. Схема замещения реальной неразветвленной цепи
Ток в этой цепи:
(5.12)
В режиме холостого хода (нагрузка отключена), когда Rн 
(разрыв цепи),
(5.13)
В режиме короткого замыкания, когда Rн = 0,
(5.14)
ток имеет наибольшее значение.
Проследим за изменением напряжения на резисторах r0 и Rн ( потеря напряжения в цепи и напряжение на нагрузке соответственно) при изменении сопротивления нагрузки.
Потеря напряжения в цепи
(5.15)
меняется от U0=0 в режиме холостого хода до U0=U в режиме короткого замыкания.
Напряжение на нагрузке
(5.16)
меняется от Uн=U в режиме холостого хода до Uн=0 в режиме короткого замыкания.
При r0=R н (согласованный режим)
, (5.17)
при этом
(5.18)
, (5.19)
т.е. 
 |
Рисунок 5.2.2. Графики изменения потерь напряжения в цепи и напряжения на нагрузке в зависимости от тока
Проследим за изменением мощности источника (Рист), мощности, выделяемой в нагрузке (Рн), и мощности, теряемой в цепи (Р0).
Мощность источника
(5.20)
меняется от Рист=0 в режиме холостого хода до наибольшего значения в режиме короткого замыкания 
.
Потеря мощности в цепи
(5.21)
меняется от Р0 = 0 в режиме холостого хода до наибольшего значения
(5.22)
в режиме короткого замыкания.
Мощность, выделяемая в нагрузке,
(5.23)
равна нулю в режиме холостого хода при I=0 и в режиме короткого замыкания при I=Iк .
Для определения тока, при котором нагрузка потребляет наибольшую мощность, найдем производную функции Рн (I) по току и приравняем ее нулю.
(5.24)
(5.25)
(5.26)
(5.27)
Этот ток соответствует согласованному режиму, при котором r0=Rн.
При этом мощность, выделяемая в нагрузке,
(5.28)
Рисунок 5.2.3. Графики изменения мощности источника мощности, выделяемой в нагрузке и потерь мощности в зависимости от тока.
Коэффициент полезного действия в цепи
(5.29)
В режиме короткого замыкания
(5.30)
В согласованном режиме
(5.31)
В режиме, близком к холостому ходу,
(5.32)
Рисунок 5.2.4. График изменения к.п.д. цепи
в зависимости от тока