Изучения применения закона ома для цепей постоянного тока
Лабораторная
работа
ИЗУЧЕНИЯ
ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы:
Углубление знаний о законе Ома для участков цепи и о законе Ома для
полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока.
Оборудование:
учебно-лабораторный стенд «Законы постоянного тока», мультиметр, три-четыре
резистора с известными сопротивлениями, два гальванических элемента разных
типов, соединительные провода.
Введение
Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока: «Зная величины
действующих в цепи э.д.с., внутренние сопротивления источников тока и сопротивления
всех элементов цепи, рассчитать силы токов на каждом участке цепи и падение
напряжения на каждом элементе».
При решении этой задачи используются:
закон Ома для участка цепи
, (1)
I – сила тока, U –
напряжение на участке цепи, R – сопротивление участка;
закон Ома для полной цепи
,
(2)
I –
сила тока, e - э.д.с. источника тока, R –
сопротивление внешней цепи, r – внутреннее сопротивление источника тока.
Непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько
замкнутых контуров и несколько источников тока, производится с помощью двух
правил Кихгофа.
Любая точка в разветвленной цепи, в которой сходится не менее трех
проводников с током, называется узлом. При этом ток, входящий в узел,
считается положительным, а ток, выходящий из узла, - отрицательным.
Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сила токов, сходящихся
в узле, равна нулю:
(3)
Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в
разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на
сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме
э.д.с., встречающихся в контуре:
(4)
Описание стенда «Законы постоянного тока»
В работе используется стенд, состоящий из двух источников тока
(гальванических элементов), набора из четырёх резисторов с известными сопротивлениями,
мультиметра и набора соединительных проводов.
2.
Соединительные провода
закручиваются под клеммы по часовой стрелке.
3.
При измерении сил токов и
напряжений щупы мультиметра должны быть плотно прижаты к клеммам.
4.
Измерения производятся при
кратковременном замыкании цепи кнопкой.
5.
Не следует длительное
время оставлять цепь в собранном состоянии.
Прежде всего, изучите
правила измерений с помощью универсального электроизмерительного прибора –
мультиметра.
Измерение, обработка и представление
результатов измерений
Задание 1. Определение э.д.с. источников тока
Э.д.с. источника тока можно с достаточно большой степенью точности измерить
непосредственно с помощью вольтметра. Но при этом следует иметь в виду, что при
этом измеряемое напряжение меньше истинного значения э.д.с. на величину падения
напряжения на самом источнике тока.
,
(5)
где U – показания вольтметра.
Разница между истинным значением э.д.с. и измеренным напряжением при
этом равна:
.
(6)
При этом относительная погрешность измерения э.д.с. равна:
(7)
Обычно сопротивление источника тока (гальванического элемента) равно
несколько Ом (например, 1Ом). Если даже сопротивление вольтметра
мало (например, 100 Ом), то и в этом случае погрешность прямого измерения
э.д.с. составляет всего » 1%.
Хороший вольтметр, в том числе используемый в мультиметре, имеет сопротивление
порядка 106 Ом. Ясно, что при использовании такого вольтметра
можно считать, что показание вольтметра практически равно измеряемой э.д.с
источника тока.
1. Подготовьте мультиметр к измерению постоянного напряжения до 2 В.
2. Не вынимая гальванические элементы из креплений, измерьте и запишите
их э.д.с. с точностью до сотых долей вольта.
3. Э.д.с. величина всегда положительная. Соблюдайте полярность при подключении
мультиметра к источникам тока. Красный щуп мультиметра присоединяется к «+»
источника тока.
Внутреннее сопротивление источника тока можно вычислить с помощью
закона Ома:
. (8)
1. Подготовьте мультиметр для измерения силы постоянного тока до 10(20)
А.
2. Составьте электрическую цепь из последовательно соединенного
источника тока, резистора (одного из набора) и амперметра.
3. Измерьте силу тока в цепи.
4. Рассчитайте и запишите величину внутреннего сопротивления источника.
5. Аналогичные измерения проделайте для другого элемента.
Задание 3. Расчёт электрической цепи постоянного тока
1. Соберите электрическую цепь по схеме, предложенной преподавателем
(схемы 1-7).
2. Зачертите схему в отчет по работе и укажите номиналы выбранных
резисторов.
3. С помощью правил Кирхгофа рассчитайте силы токов во всех ветвях
цепи. Вычислите падения напряжений на каждом резисторе.
4. С помощью мультимета измерьте силу тока в доступном для измерения
месте. Измерьте падение напряжения на каждом резисторе.
5. В выводе сравните измеренные и расчетные значения и укажите причины
возможных расхождений.
Задание 4. Соединение источников тока в батареи
1. Источники тока могут соединятся в батареи двумя основными способами:
параллельно и последовательно. Если источники соединяются последовательно, то
их э.д.с. и внутренние сопротивления складываются:
(9)
При параллельном соединении одинаковых источников тока общая э.д.с.
батареи равна э.д.с. одного источника, а внутреннее сопротивление батареи в n раз
меньше внутреннего сопротивления одного источника тока:
(10)
Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются обе схемы
соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих соединениях. В
выводе сравните расчетные и измеренные значения.
Отчет по лабораторной работе № 3
выполненной
учащимся школы «Поиск»
…………………………………………………………………………………
«…….»…………..
200….
Задание 1. Определение э.д.с. источников тока
Первый источник тока e1
= ……… В
Второй источник тока e2
= ……… В
Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока
Первый источник тока
R
= ……… Ом, I = ……… А, r1 = ……… Ом
Второй источник тока
R
= ……… Ом, I = ……… А, r2 = ……… Ом
Таблица 1
|
I1, А
|
I2, А
|
I3, А
|
|
U2, В
|
U3, В
|
|
Вчисленные значения
|
|
|
|
|
|
|
|
Измеренные
значения
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………