Исследование сопротивлений проводником при смешанном соединении.

Лабораторная работа №5

1. Цель работы.

Получение навыков сборки электрических цепей, измерений токов и напряжений на отдельных участках электрической цепи; убедиться в соблюдении законов Кирхгофа в разветвленной линейной электрической цепи; научиться применять законы Кирхгофа в графическом виде. Исследовать особенности смешанного соединения элементов в электрических цепях постоянного тока.

2. Краткие теоретические сведения.

Последовательным соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором конец первого сопротивления соединяется с началом второго, конец второго - с началом третьего и т. д.

Общее сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме их сопротивлений.
Rобщ.=R1+R2+R3
Rобщ=5ом+10ом+25ом=40ом

Величина тока в последовательной цепи.

Так как в данной цепи отсутствует ответвление тока, то очевидно, что количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника за единицу времени, в любой точке цепи будет одинаковым.
Следовательно, во всех точках последовательной цепи величина тока одинакова.
Эти четыре амперметра покажут одинаковые величины тока. Поэтому при последовательном соединении для измерения тока достаточно включать один амперметр на любом участке цепи.

Распределение напряжения в последовательной цепи.

Напряжение источника тока, приложенное к внешнему участку цепи распределяется по участкам цепи прямо пропорционально сопротивлениям этих участков.

Напряжение приложенное к каждому из этих резисторов определяется по формуле:

Так как ток в последовательной цепи везде одинаков значит действительно напряжение на ее участках зависит от сопротивления чем больше сопротивление тем большее напряжение приложено к данному участку.

Сумма напряжений на участках последовательной цепи равна напряжению источника тока

Параллельным соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором к одному зажиму источника подключаются начала сопротивлений, а к другому зажиму - концы.

Общее сопротивление параллельно включенных сопротивлений определяется по формуле:

Общее сопротивление параллельно включенных сопротивлений всегда меньше наименьшего сопротивления, входящего в данное соединение.

На вышеуказанном рисунке мы можем сразу сказать что общее сопротивление будет меньше 10 ом.

Первый частный случай: Если параллельно включено только два резистора то их общее сопротивление можно определить по формуле:

Второй частный случай: Если параллельно включено любое количество резисторов одинаковых сопротивлений то их общее сопротивление можно определить если сопротивление одного резистора разделить на количество резисторов.

Распределение токов и напряжения в параллельных ветвях.

Так как начала всех сопротивлений сведены в одну общую точку, а концы - в другую, то очевидно, что разность потенциалов на концах любого из параллельно включенных сопротивлений равна разности потенциалов между общими точками.

Итак, при параллельном соединении сопротивлений напряжения на них равны между собой.

Если разветвление подключено непосредственно к зажимам источника тока, то напряжение на каждом из сопротивлений равно напряжению на зажимах источника.

Второе свойство цепи с параллельным соединением заключается в том, что электрический ток распределяется по параллельным ветвям обратно пропорционально их сопротивлениям.

Это значит что, чем больше сопротивление, тем меньше по нему пойдет ток.

Рассматривая точку разветвления А, замечаем, что к ней притекает ток I, а токи I1, I2, I3 утекают из нее. Так как движущиеся электрические заряды не скапливаются в точке, то очевидно, что суммарный заряд, притекающий к точке разветвления, равен суммарному заряду, утекающему от нее:

Следовательно, третье свойство параллельного соединения может сформулирована так: Величина тока в не разветвленной части цепи равна сумме токов в параллельных ветвях.

3. Порядок выполнения работы.

3.1. Собрать цепь со смешанным соединением резисторов (рис. 1). Собрать

цепь со смешанным соединением резисторов, выбрав элементы цепи и величину напряжения питания в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).

Таблица 1

3.2. После проверки схемы преподавателем -включить источник питания Е2, установить заданное значение величины напряжения питания и измерить напряжения на входе цепи U и на всех участках цепи (U1 и U2), а также все токи (I1,I2 и I3). Результаты занести в табл. 2.

3.3. С помощью соответствующего тумблера установить новое значение резистора R2 и снова измерить напряжения и токи в цепи. Выключить источник питания Е2. По результатам измерений вычислить мощность каждого участка цепи Р1, Р2, Р3 и всей цепи Р, определить эквивалентное сопротивление цепи RЭ, Результаты вычислений занести в табл. 2. Выключить электропитание.

3.4. Проанализировать влияние изменения величины сопротивления резистора R2 на режим работы всей цепи и отдельных потребителей. Объяснить, почему это имеет место.

Таблица 2.

3.5. Проверить выполнение баланса мощностей.

3.6. Включить электропитание. Плавно изменяя величину входного напряжения с помощью потенциометра, измерить значения напряжения и токов на всех участках цепи при трех различных значениях входного напряжения. Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить электропитание.

Таблица 3.

3.7. По результатам измерений построить в одной координатной системе вольтамперные характеристики резисторов R1, R2, R3. Пользуясь ими, построить вольтамперную характеристику всей цепи Uвх = f(I1) и по ней определить эквивалентное сопротивление цепи Rэкв. Здесь же построить экспериментальную вольтамперную характеристику цепи Uвх = f(I1), сравнить её с расчетной вольтамперной характеристикой всей цепи

4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) схемы экспериментов и таблицы полученных экспериментальных данных;

в) результаты расчетов;

г) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Как по показаниям амперметра и вольтметра можно определить величину сопротивления участка электрической цепи постоянного тока и потребляемую им мощность?

2. Нарисуйте схемы для измерения методом амперметра и вольтметра больших и малых электрических сопротивлений.

3. Как определить величину эквивалентного сопротивления для исследуемой цепи?

5. Как по вольтамперной характеристике определить величину сопротивления цепи?