Пояснения к работе. 1.Законы Кирхгофа являются основными соотноше-ниями, на которых базируется расчет электрических цепей.

1.Законы Кирхгофа являются основными соотноше-ниями, на которых базируется расчет электрических цепей.

Первый закон Кирхгофа:

= 0 (1)

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю.

Правило знаков. При расчете токораспределения в электрической цепи произвольно выбираются условные положительные направления токов в ветвях. Эти направления указываются на схеме стрелками. Ток, вычисленный (или измеренный) в выбранном направлении, может быть либо положительным, либо отрицательным, т.е. i_к – алгебраическое число. Если при составлении уравнений по первому закону Кирхгофа токи, утекающие от узла, считать положительными, то токи, подтекающие к узлу, должны браться с дополнительным знаком «минус».

Второй закон Кирхгофа:

(2)

Алгебраическая сумма падений напряжения в любом замкнутом контуре равняется алгебраической сумме э.д.с. источников, входящих в тот же контур.

Или алгебраическая сумма напряжений вдоль замкнутого контура равна нулю: U₁+U₂+U₃+U₄ = 0

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис. 1 Схемы электрические принципиальные

Правило знаков. При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа выбирается направление обхода контура. Напряжение и _к записывается в левую часть равенства, а э.д.с. е _к – в правую. При этом и _к и е _к должны быть взяты с дополнительными знаками «плюс», если их стрелки совпадают с направлениями обхода, и с дополнительными знаками «минус», если стрелки противоположны направлению обхода.

Проверка законов Кирхгофа в данной работе заключается в следующем:

а) собирается конкретная цепь. Варианты схем приведены на рис. 1. Номер схемы и величины э.д.с. задаются преподавателем;

б) на электрической схеме цепи стрелками указываются выбранные направления вычисления токов;

в) с помощью амперметра и вольтметра производится измерение всех токов и напряжений.

Рис. 2

г) составляются уравнения для всех узлов и контуров цепи по законам Кирхгофа в буквенных обозначениях токов, напряжений и э.д.с. Затем подставляются измеренные значения этих величин и проверяется справедливость равенств (1) и (2);

2. Принцип наложения формулируется следующим образом: ток в К -ой ветви равен алгебраической сумме токов, вызываемых в этой ветви каждой из э.д.с. схемы в отдельности.

Принцип наложения используется в методе расчета, получившем название метода наложения.

Опытная проверка принципа наложения производится в следующем порядке:

а) в цепи, собранной при выполнении пункта 1, отключается один из источников э.д.с., а по месту его действия ставится закоротка (внутренне сопротивление источника считается равным нулю). Производится измерение токов во всех ветвях;

б) проделывается то же самое, что и в пункте 2а, при возвращенном на прежнее место первом источнике и отсоединенном втором (вместо второго источника ставится закоротка). Записываются значения токов

в) по измеренным и рассчитываются токи i_к во всех ветвях при действии обоих источников. Согласно принципу наложения

Полученные значения нужно сравнить с измеренными ранее в пункте 1 токами и убедиться в справедливости принципа наложения.

Токи и – алгебраические числа; определение их знаков производится в соответствии с правилами, описанными в пункте 1.

3.В любой электрической схеме всегда можно мысленно выделить какую-то одну ветвь, а всю остальную часть схемы независимо от ее структуры и сложности условно изобразить некоторым прямоугольником. По отношению к выделенной ветви вся схема, обозначенная прямоугольником, представляет собой активный или пассивный двухполюсник.

Двухполюсник при расчете можно заменить эквивалентным генератором, э.д.с. которого равна напряжению холостого хода на зажимах выделенной ветви, а внутреннее сопротивление равно входному сопротивлению двухполюсника.

Метод расчета тока в выделенной ветви, основанный на замене активного двухполюсника эквивалентным генератором, принято называть методом эквивалентного генератора, методом активного двухполюсника или методом холостого хода и короткого замыкания.

Параметры эквивалентного генератора по отношению к одной из ветвей (рис. 3а) определяются следующим образом:

а) б) в)

Рис. 3

а) ветвь размыкается и измеряется напряжение u_хх (рис. 3б); ветвь закорачивается через амперметр (рис. 3в), измеряется ток короткого замыкания i_к3;

б) параметры эквивалентного генератора определяются соотношениями:

i_э = u_xx, R_э =

Ток в пассивной ветви находится как

i = =

Величины i, u_хх, е_э вычисляются (измеряются) в одном направлении (рис. 3)

Результаты измерений и вычислений по пунктам 1, 2, 3, 4 заносятся в таблицу.

Таблица измерений и вычислений

№№ ветвей							Примечание
е	В
U	В
i	А
	А
	А
	А
еm	В
ikm	А
ек	В
imk	А
Uхх	В
iкз	А

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как формулируются законы Кирхгофа?

2. Что означают стрелки тока, напряжения, ЭДС?

3. Как формулируются правила знаков при составлении уравнений Кирхгофа?

4. Как с помощью вольтметра магнитоэлектрической системы определить величину и знак потенциала любой точки цепи по отношению к точке, потенциал которой принят за нулевой?

5. Как формулируется принцип наложения?

6. В чем состоит опытная проверка принципа наложения?

7. Можно ли определить мощность, выделяемую в сопротивлении, пользуясь принципом наложения?

8. Как экспериментально определить параметры схемы эквивалентного генератора?

9. Как формулируется теорема об активном двухполюснике?

10. В чем заключается метод контурных токов?

11. Как определяются собственные и взаимные сопротивления?

12. Как определяются «узловые токи»?

Таблица 1.

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО РЕЗОНАНСА В ЦЕПИ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ

Цель работы: уяснить условия получения резонанса напряжений, экспериментально исследовать явление резонанса напряжений в зависимости от изменения либо реактивного сопротивления, либо частоты исследуемой цепи.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Резонанс напряжений называется такой пассивной электрической цепи переменного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, при котором входное реактивное сопротивление равно нулю. При резонансе напряжений напряжение на входе цепи совпадает по фазе с током, т.е.

j = y_u - y_i =0

Условие фазового резонанса через параметры последовательного контура записывается в виде:

х_L=x_C или (1)