Экспериментальная проверка Законов Кирхгофа в резистивных цепях

Л а б о р а т о р н а я   р а б о т а   № 2

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНОВ КИРХГОФА В РЕЗИСТИВНЫХ ЦЕПЯХ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментально проверить выполнение законов Кирхгофа в резистивных электрических цепях.

1. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При подготовке к выполнению лабораторной работы необходимо:

  - изучить литературу[1];

  - изучить описание данной лабораторной работы и подготовить табл. 2.1, 2.3;

  - ответить на вопросы для самоконтроля.

1. Основные теоретические положения

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий  э.д.с., тока и напряжения. Все элементы электрических цепей можно разделить на источники и приемники электрической энергии, а также соединительные  провода. Как правило, электрическая цепь состоит из ряда элементов, соединенных между собой определенным образом.  Описать свойства любой электрической цепи и рассчитать токи и напряжения на ее элементах можно с помощью  уравнений электрического равновесия цепи, составленных для нее на основе известных физических законов Ома и Кирхгофа.  При составлении указанных уравнений широко используются разнообразные модели электрических цепей.

Основными элементами, из которых состоят электрические цепи, являются:  резистор, конденсатор, катушка индуктивности, источники электрической энергии, операционный усилитель. Однако каждый реальный элемент электрической цепи кроме основного полезного качества имеет ряд паразитных свойств. Так реальная катушка индуктивности характеризуется: сопротивлением провода, из которого она изготовлена;  емкостью, существующей между витками катушки  и между катушкой и землей; и собственно индуктивностью самой катушки. То же самое относится к другим элементам электрической цепи. Если учитывать все качества реального элемента цепи, то задача анализа режима цепи становится очень сложной и громоздкой, а в ряде случаев и неразрешимой. Для упрощения указанной задачи анализа режима электрических цепей с сосредоточенными параметрами полагают, что все реальные элементы этих цепей состоят из определенного числа идеализированных элементов.  Каждый  идеализированный элемент обладает только одним основным качеством реального элемента.  При переходе  к идеализированным элементам,  каждый реальный элемент цепи заменяется определенной эквивалентной схемой замещения, состоящей из конкретного набора идеализированных элементов. Эти  элементы  соединяются между собой  с помощью идеальных проводников, для которых основные параметры: R = L = C = 0. Математическое описание полученной схемы замещения должно отражать доминирующие процессы в реальном элементе цепи, или те из них, которые необходимо учесть при решении конкретной задачи.

Таким образом,  получается расчетная схема замещения каждого реального элемента цепи и из этих схем замещения в дальнейшем составляется расчетная схема замещения всей цепи.

Введение понятия идеализированные элементы позволяет при анализе реальной электрической цепи приближенно, но с достаточной для практики точностью, заменить ее некоторой моделью, состоящей из совокупности идеализированных элементов.

Система уравнений, описывающих свойства такой модели, представляет собой математическую модель электрической цепи. Условно-графическое изображение модели электрической цепи называется ее расчетной схемой замещения, которая состоит из взаимосвязанных схем замещения отдельных реальных элементов, и служит расчетной моделью реальной цепи.

Каждая сема замещения имеет определенную топологическую (геометрическую) структуру, для описания свойств которой используются понятия: ветвь, узел, контур.

Ветвью  называют участок цепи с двумя выводами, по которому протекает один и тот же ток. Ветвь, как правило, располагается между двумя узлами цепи и состоит из одного или нескольких последовательно соединенных элементов.

Узлом  называется место соединения двух и более ветвей. Если в узле соединены только две ветви, то он называется простым или устранимым. В дальнейшем будем рассматривать узлы, в которых соединены более двух ветвей.