Дослідження складного лінійного кола постійного струму

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА  № 1

Дослідження складного лінійного кола постійного струму

МЕТА РОБОТИ: визначення ЕРС джерела, його внутрішнього опору R0, опору реостатів, експериментальна перевірка основних законів електричних кіл і методів їх розрахунку, побудова  потенціальної діаграми електричного кола

Загальні положення

Джерело електричної енергії характеризується величиною ЕРС і внутрішнім опором R0 (Рис. 1.1).

[pic 1]

Вимірювальні прилади – амперметр і вольтметр вимірюють силу струму і напругу, які створює джерело електричної енергії. Вольтметр має великий опір Rв>>Rн , через нього протікає незначний струм

[pic 2].

При розімкнутому ключі [pic 3] джерело напруги працює в режимі холостого ходу, воно створює незначний струм [pic 4], при цьому падіння напруги на внутрішньому опорі R0 практично відсутнє, і напруга Uба, яку вимірює вольтметр співпадає з ЕРС E: [pic 5].

В режимі навантаження при замкнутому ключі K через споживач Rн протікає струм [pic 6], частина ЕРС джерела енергії втрачається на внутрішньому опорі R0. На затискачах джерела енергії напруга зменшується:

[pic 7].

За результатами вимірювань в режимах холостого ходу і навантаження можна визначити внутрішній опір R0:

[pic 8] .

Складне електричне коло (рис.1.2) має два джерела енергії E1 і E2 з внутрішніми опорами r01 та r02 і споживачі R1, R2 і R3. Амперметри A1, A2 і A3  вимірюють струм в гілках електричного кола. Перемикачі П1 і П2 дозволяють вмикати джерела електричної енергії або вмикати замість них відповідні внутрішні опори r01 і r02.

Коли перемикачі знаходяться в лівому (або правому) положенні в електричному колі діє тільки одна ЕРС E1, створений нею струм протікає через споживач R1 і розгалужується через споживачі R2 і R3. При цьому струм I2 має зворотній напрям до показаного на рис. 1.2. Вольтметр дозволяє виміряти падіння напруги U1, U2 і U3 на кожному із споживачів.

[pic 9]

Результати вимірювань згідно закону Ома і першому закону Кірхгофа пов’язані рівняннями:

[pic 10];               [pic 11];          [pic 12];               [pic 13].

Це дозволяє знайти значення опорів R1, R2 і R3, обчислити загальний опір колі    

[pic 14],

силу струму [pic 15], і також [pic 16], [pic 17]. Значення обчислених струмів повинні співпадати з результатами вимірювань.

B правому положенні перемикачів найбільшим буде струм [pic 18]. Обчислені за результатами вимірювань опори R1, R2 і R3 повинні співпадати із попередніми, а загальний опір кола і обчислені значення струмів визначаються виразами:

[pic 19], [pic 20].

[pic 21], [pic 22].

Коли перемикачі знаходяться в крайніх положеннях, діють обидві ЕРС. Силу струму в кожній з гілок можна обчислити за методом накладання:

[pic 23];           [pic 24];          [pic 25].

Значення виміряних струмів повинні співпадати з обчисленими.

Потенціал кожної точки електричного кола визначається напругою між даною точкою і точкою, потенціал якої прийнято нульовим. Потенціал може бути додатнім або від’ємним. ЕРС підвищує потенціал на величину E в напрямку своєї дії. Струм протікає в напрямку зменшення потенціалу – від більш високого до меншого. Потенціальна діаграма показує значення потенціалів окремих точок замкнутого контуру в залежності від опору між даною точкою кола і початковою точкою.