Тема :Исследование различных схем соединения резисторов.

Цель работы и ее теоретические положения. Целью данной лаборатор-ной работы является проверка опытным путем формул, на основании которых выполняются расчеты электрических цепей. В работе используются резисторы в виде лабораторных реостатов, в которых электрическая, энергия преобразовывается в тепловую.
Электрические цепи могут состоять из нескольких отдельных участков, соединенных между собой, каждый из которых характеризуется наличием электрического сопротивления.
Резистор — это структурный элемент электрической цепи, основное назначение которого оказывать известное (номинальное) сопротивление электрическому току,например для регулирования значений тока и напряжения. В электроустановках резисторы применяются в качестве нагрузочных и пускорегулировочных реостатов, добавочных сопротивлений к некоторым электроприемникам, электроизмерительным приборам и др. Электрические цепи и -их участки могут состоять из соединенных различно между собой электроприемников или резисторов: последовательно, параллельно и смешанно.
При расчетах таких цепей руководствуются формулами, вытекающими из законов Ома и Кирхгофа.
Электрооборудование:
1. Источник постоянного тока, например полупроводниковый выпрямитель типа ВАЗ 12/24-20 на номинальное напряжение 12 и 24 В и ток до 12 А. При отсутствии источника постоянного тока можно работу выполнить на переменном токе пониженного напряжения от лабораторного автотрансформатора типа JIATP.
2. Лабораторные ползунковые реостаты в качестве резисторов с сопротивлениями от 0 до 300 Ом — 4 шт.
3. Амперметры магнитоэлектрической системы типа М109 до 5 А — 4 шт.
4. Вольтметр магнитоэлектрической системы многопредельный типа Ml09 — 1 шт.
5. Соединительные провода с наконечниками.
Порядок выполнения работы:
А. Последовательное соединение резисторов.
1. Записать технические данные резисторов (реостатов) и применяемых контрольно-измерительных приборов, а также источника питания.
2. Собрать электрическую схему согласно рис. 1 и представить ее на проверку. Установить движки реостатов в положение наибольших сопротивлений. Включить питание.

Рис. 1. Последовательное соединение резисторов   Рис. 2. Параллельное соединение резисторов

3. Изменяя значения сопротивлений резисторов так, ‘чтобы ток в цепи не превышал 5 А, для двух-трех случаев измерить вольтметром напряжение на каждом из трех участков цепи и общее напряжение. Показания приборов записать в табл. 1. Выполнить расчеты, предусмотренные этой таблицей.

Таблица 1

Б. Параллельное соединение резисторов.

4. Собрать схему согласно рис. 2. Включить питание.

Таблица 2

5. Изменяя значения сопротивлений резисторов для трех случаев, наблюдать показания амперметров и вольтметра, соблюдая условие, чтобы общий ток вцепи не превышал 5 А. Показания приборов записать в табл. 2. Выполнить расчеты, предусмотренные этой таблицей.
В. Смешанное соединение резисторов:
6. Используя все четыре резистора, собрать схему согласно рис. 3. Включить питание.
7. Изменяя значения сопротивлений резисторов (за исключением R4, сопротивление которого должно быть не менее 20 Ом), для трех случаев записать в табл. 3показания амперметров и вольтметра. Выполнить расчеты, предусмотренные этой таблицей.

Таблица 3

Методические указания к проведению работы и выполнению расчетно-графической части. 1. Сопротивление каждого участка цепи определяется по закону Ома R=U/I, сопротивление всей цепи — по формуле Rоб.расч =Rоб/I. Расчетное сопротивление всей цепи при последовательном соединении определяется по формуле
Rоб.расч = R1 + R2 + R3
Общее напряжение определяется по формуле
Uоб.расч = U1 + U2 + U3
Полученные расчетом значения Rоб. расч и U0б. расч должны совпадать с величинами R'Об. расч и Uоб. Небольшое различие может быть вследствие погрешностей при измерениях.
2. При параллельном соединении резисторов (см. рис. 2) проверяется справедливость первого закона Кирхгофа... Общее расчетное сопротивление в данном случае определяется по формуле

,

вытекающей из формулы для определения общей проводимости каксуммы проводимостей участков цепи
Эквивалентное сопротивление можно также определитьпо закону Ома Оба значения должны совпадать.
3. По данным табл. 2 можно проверить правило, согласно которому токи в ветвях обратно пропорциональны их сопротивлениям, т. е. ; и т. д.
4. Резистор R₄ при смешанном соединении (см. рис. 3) должен иметь наименьшее сопротивление не ниже 20 Ом (если питание схемы от источника напряжением выше 24 В) для того, чтобы ограничить силу тока в нем, а также общий ток в цепи до 5 А в процессе уменьшения значений сопротивления в параллельных ветвях (R₁, R₂ и R₃).
5. Общее сопротивление вычисляется по формуле

6. При заполнении в табл. 1—3 граф «Данные расчетов» необходимо в отчете привести по одному примеру выполненных вычислений.
В отчете укажите, как влияет изменение величины одного из сопротивлений параллельных ветвей при смешанном соединении резисторов на перераспределение токов и напряжений на участках цепи. Например, при уменьшении сопротивления резистора R1 в два раза уменьшатся общее сопротивление участка параллельных ветвей Ri, R2, Rz и эквивалентное сопротивление всей цепи. При этом, учитывая неизменное напряжение источника питания, увеличится значение общего тока и тока на участке резистора R4 и напряжение между его выводами, в то время как токи в ветвях резисторов R2 и R3 и напряжение на их выводах уменьшатся. Таким образом, при смешанном соединении резисторов в данной лабораторной работе практически проверяется справедливость законов Ома и Кирхгофа.

Контрольные вопросы.

1.В каких единицах измеряется электрическое сопротивление?

2.Как читается закон Ома для участка цепи?

3.Как осуществляется последовательное соединение проводников?

4.Как осуществляется параллельное соединение проводников?

5.Как формулируется первый закон Кирхгофа?

6.Как осуществляется смешанное соединение проводников?

6.По каким формулам определяется общее сопротивление проводников, соединенных поледовательно и соединенных параллельно?

7.Как формулируется второй закон Кирхгофа?

Вывод