Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы: измерение параметров пассивных и активных
элементов, экспериментальная проверка выполнения законов
Кирхгофа, проверка баланса мощности.
Разделы курса, охватываемые работой:
– законы Кирхгофа, Ома, джоуля–Ленца;
– расчет цепей по уравнениям Кирхгофа;
– расчет мощности, баланс мощности.
Литература: [1, с. 141–144, с. 177–184; 4, с. 57–61].
1. Методические указания
Работа выполняется на установке, содержащей источник
постоянной ЭдС, источник постоянного тока и резисторы. На
первом этапе производится измерение параметров источников и
резисторов. Расчетные схемы реальных источников ЭдС и тока
изображены на рис. 1, а, б. Параметры этих источников, т. е.
ЭдС E или ток J и внутреннее сопротивление REи RJ могут быть
определены из данных измерений в режимах холостого хода, короткого замыкания и режима нагрузки источника на произвольное сопротивление R.
В режиме холостого хода (рис. 2, а – внешняя цепь разомкнута) вольтметр покажет величину ЭдС источника напряжения
а)
+
–
E
RE
I
+
UE
–
б)
J
+
–
RJ
I
+
UJ
–
Рис. 1. Источники: а – ЭДС; б – тока
3
а)
Источник
V
б)
Источник
A
в)
Источник V
A
R
Рис. 2. Схемы опытов: а – холостого хода; б – короткого замыкания;
в – произвольной нагрузки источника
Ux.x??E
(1)
или напряжение, связанное с током J источника тока выражением
U
x.x
??R J
J.
(2)
В режиме короткого замыкания (рис. 2, б – внешняя цепь замкнута накоротко через амперметр) амперметр покажет величину тока источника тока
Iк.з?J
(3)
или ток, связанный с ЭдС E источника напряжения выражением
I
к.з
? E.
R
(4)
E
В режиме нагрузки на произвольное сопротивление R измеренные напряжение U и ток I (рис. 2, в) связаны выражением
для источника напряжения
и для источника тока
U E R IE
I JU.
(5)
???R
J
(6)
Чтобы определить параметры любого источника, достаточно
провести любые два опыта из трех. Параметры рассчитываются
по данным измерений из уравнений, соответствующих проведенным опытам. Например, найдя из опытов холостого хода и короткого замыкания Uх.х и Iк.з источника ЭдС из выражений (1)
и (4), получим
E U? х.х;RE?Uх.х.
4
I к.з
Сопротивление резисторов можно определить по данным измерений напряжения U и тока I в схеме (см. рис. 2, в) по формуле
закона Ома
R ??U.(7)
I
Величина R в линейных цепях от тока не зависит, поэтому
опыт можно проводить при произвольной величине напряжения.
На втором этапе производится сборка заданной разветвленной
схемы и измерение токов и напряжений на элементах цепи. Полученные экспериментальные данные должны удовлетворять законам Кирхгофа, которые формулируются следующим образом:
–