Порядок виконання роботи. 2.3.1. Провести знімання даних для побудови зовнішніх (навантажувальних) характеристик джерела I у схемі а на рис

2.3.1. Провести знімання даних для побудови зовнішніх (навантажувальних) характеристик джерела I у схемі а на рис. та занести у табл. 2.1.

Таблиця 2.1

Для цього необхідно:

1) установити перемикач S 1 у положення 1;

2) установити перемикач S 4 у положення

R _H = ;

3) підключити вольтметр до контрольних точок 2, 0 схеми а і ручкою ЕРС установити на вольтметрі напругу U _Н , яка дорівнює 10 В, та розрахувати на підставі закону Ома для ділянки кола струм I _H. Дані занести в табл. 2.1;

4) установлюючи перемикач S 4 у положення, зазначені в табл. 2.1, виміряти для кожного з них напругу U ₂₀ = U _Н; отримані результати занести в табл. 2.1;

5) розрахувати на підставі закону Ома для ділянки кола струм I _H для кожного значення R _H і занести в табл. 2.1.

2.3.2. Експериментально перевірити закон Ома для ділянки кола в схемі б у нерозгалуженому колі з послідовним з’єднанням приймачів, для цього необхідно:

1) перевести перемикач S 3 у положення схеми Б;

2) установити перемикач S 2 у розімкнуте (ліве) положення;

3) підключити вольтметр до к. т. 0, 2 схеми Б, установити за допомогою ручки ЕРС напругу U х.х., яка дорівнює 10 В;

4) поставити перемикач S 4 у положення

R _H = ∞;

5) установити перемикач S 2 у замкнуте (праве) положення;

6) відобразити в робочому журналі схему, яка досліджується (рис. 2.3), де E = 10 В;

Рисунок 2.3

7) обчислити на підставі закону Ома для замкнутого нерозгалуженого кола значення струму в схемі. Значення резисторів R 1 і R 2 зазначені на передній панелі макета, значення опору R _i3 визначається за формулою R _i3 = (200 – R ₁) Ом;

8) обчислити на підставі закону Ома для ділянки кола значення падіння напруг на елементах R _i3, R 1, R 2 і отримані результати занести в табл. 2.2 у графу розрахункових значень;

Таблиця 2.2

9) виміряти падіння напруг на елементах R_{i 3}, R 1, R 2, підключаючи по черзі вольтметр до к. т. 1–2, 3–4, 4–0. Отримані значення занести в графу експериментальних даних табл. 2.2. Переконатися у відповідності розрахункових та експериментальних даних.

2.3.3. Розрахувати та експериментально перевірити другий закон Кірхгофа для замкнутого контуру 1–2–3–4–0–1 схеми б. Для цього необхідно переконатися в дії другого закону Кірхгофа, використовуючи результати попередніх розрахунку та експерименту.

2.3.4. Розрахувати розгалужене коло постійного струму для схеми б. Для цього необхідно:

1) установити перемикач S 4 у положення R _H = 200 Ом;

2) зобразити в робочому журналі досліджувану схему (рис. 2.2);

Рисунок 2.4

3) обчислити падіння напруг U _{3− 4}, U _{4− 0}, використовуючи метод еквівалентних перетворень для схеми б. Отримані результати занести в графу розрахункових значень табл. 2.3;

Таблиця 2.3

4) перевірити правильність розрахунку експериментально, вимірявши падіння напруги U _3–4 і U _4–0. Одночасно за положенням стрілки вольтметра визначити полярність цих напруг. Отримані значення занести в графу експериментальних даних табл. 2.3. Переконатися у відповідності розрахункових та експериментальних даних. Полярності напруг і відповідні напрямки струму через резистори R 1, R 2, R _н відобразити стрілками на схемі, зображеній на рис. 2.3 в робочому журналі.

2.3.5. Експериментально перевірити перший закон Кірхгофа для вузла 4 схеми Б. Для цього необхідно:

1) обчислити за отриманими експериментальним шляхом напругами U _3–4 та U _4–0 і відомими значеннями опорів R 1, R 2, R _н величини струмів у гілках: I_{R 1}, I_{R 2}, I_{R н};

2) переконатися в дії першого закону Кірхгофа, використовуючи результати попереднього пункту.

2.3.6. Розрахувати струм I_{R н} у схемі б методом еквівалентного генератора. Для цього необхідно:

1) відобразити в робочому журналі схему б (рис. 2.3) та схему її заміщення із джерелом ЕРС або внутрішнім опором ;

а б

Рисунок 2.5

розрахувати методом еквівалентного генератора струм I_{R н} у схемі а (рис. 2.5) та занести отримані розрахункові дані в табл. 2.4.

Таблиця 2.4

2.3.7. Експериментально перевірити значен-ня струму I_{R н} в схемах а і б. Для цього необхідно:

1) встановити перемикач S 4 у положення R _н = 900 Ом;

2) виміряти напругу U ₄₀ схеми Б, розрахувати струм I_{R н} і отримані результати занести в графу експериментальних даних для схеми б табл. 2.4;

3) встановити перемикач S 4 в положення схеми а;

4) вибрати за допомогою тумблера S 1 величину R_i (R_{i 1} або R_{i 2}), рівну значенню R_{Е .}. Значення R_{i 1}, R_{i 2} указуються викладачем (R_{i 1}=100 Ом, R_{i 2}=200 Ом). Підключити вольтметр до к. т.

1, 0 схеми а. Установити ручкою ЕРС значення E, рівне розрахованому E_Е;

5) виміряти напругу U ₂₀ схеми а, обчислити струм I_{R н} і отримане значення занести в графу експериментальних даних для схеми б табл. 2.4;

6) порівняти значення струму I_{R н} , які отримані експериментально для схеми а та схеми б. Рівність їх є підтвердженням того, що схема а при значеннях E = E_Е і

R_i = R_Е може служити схемою заміщення схеми б. Щодо розрахунку струму I_{R н} переконатися у відповідності розрахункових та експериментальних даних.

2.4. Зміст та оформлення звіту

Звіт про роботу оформляється індивідуально в журналі до лабораторних робіт і містить такі дані:

1) схеми досліджування кіл (рис. 2.1–2.5);

2) експериментальні та розрахункові дані за завданням до лабораторної роботи (табл. 2.1− 2.4);

3) графіки зовнішніх характеристик U _н = F (R _н) і U _н = F (I _н), побудовані в логарифмічному масштабі на осі абсцис;

4) короткі висновки щодо отриманих результатів.

2.5. Контрольні запитання

1. Що таке електричні кола і з яких основних елементів вони складаються?

2. Які існують схеми заміщення джерел електричної енергії і як вони зображуються?

3. Яким чином здійснюється перехід ЕРС до схеми заміщення з джерелом струму й навпаки?

4. Які існують зовнішні (навантажувальні) характеристики джерел ЕРС і які фізичні процеси вони відбивають?

5. Що таке ЕРС, струм, напруга? Як визначаються їхні позитивні напрямки?

6. Від чого залежить активний опір провідників?

7. Які електричні кола називають простими та складними?

8. Як формулюються закони Ома для замкнутого кола і його окремих ділянок?

9. Що фізично виражає перший закон Кірхгофа?

10. З якими знаками позначають струми, спрямовані до кожного вузла електричного кола?

11. Що таке вузол та гілка електричного кола?

12. Що фізично виражає другий закон Кірхгофа?

13. Як визначити кількість незалежних контурів розгалуженого електричного кола?

14. Які існують методи перетворення електричних кіл з послідовним, паралельним і змішаним з'єднанням опорів?

15. У чому полягає чинний порядок розрахунку розгалуженого електричного кола
методом еквівалентного генератора?

16. У яких випадках варто користуватися для розрахунку електричних кіл методом еквівалентного генератора?

17. Як експериментальним шляхом знайти значення внутрішнього опору джерела ЕРС?

18. З якими знаками позначають ЕРС і падіння напруги при складанні рівнянь за другим законом Кірхгофа?

Джерела інформації

1. Пантюшин В. С. Электротехника. − М.: Высш. шк., 1976. − С. 10− 39, 47− 49, 67− 70.

2. Борисов Ю. М. Общая электротехника / Ю. М. Борисов, Д. Н. Липатов. − М.: Высш. шк., 1974. − С. 6− 12, 14− 16, 24, 31, 40− 42.

3. Касаткин А.З. Электротехника /А.З. Касаткин, М. Н., Немцов. − М.: Энергоатомиздат, 1983. − С. 7− 26, 35− 37.