Изучения применения закона ома для цепей постоянного тока
Лабораторная работаИЗУЧЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКАЦель работы: Углубление знаний о законе Ома для участков цепи и о законе Ома для полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока.
Оборудование: учебно-лабораторный стенд «Законы постоянного тока», мультиметр, три-четыре резистора с известными сопротивлениями, два гальванических элемента разных типов, соединительные провода.
Введение Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока:
«Зная величины действующих в цепи э.д.с., внутренние сопротивления источников тока и сопротивления всех элементов цепи, рассчитать силы токов на каждом участке цепи и падение напряжения на каждом элементе». При решении этой задачи используются:закон Ома для участка цепи , (1)
I - сила тока,
U - напряжение на участке цепи,
R - сопротивление участка;закон Ома для полной цепи , (2)
I - сила тока,
-
э.д.с. источника тока,
R - сопротивление внешней цепи,
r - внутреннее сопротивление источника тока. Непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров и несколько источников тока, производится с помощью двух правил Кихгофа. Любая точка в разветвленной цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется
узлом. При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, - отрицательным.
Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сила токов, сходящихся в узле, равна нулю: (3)
Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с., встречающихся в контуре: (4)
Описание стенда «Законы постоянного тока» В работе используется стенд, состоящий из двух источников тока (гальванических элементов), набора из четырёх резисторов с известными сопротивлениями, мультиметра и набора соединительных проводов.1. При сборке электрических цепей необходимо обеспечить хороший контакт в каждом соединении.2. Соединительные провода закручиваются под клеммы
по часовой стрелке.3. При измерении сил токов и напряжений щупы мультиметра должны быть плотно прижаты к клеммам. 4. Измерения производятся при кратковременном замыкании цепи кнопкой.5. Не следует длительное время оставлять цепь в собранном состоянии. Прежде всего, изучите правила измерений с помощью универсального электроизмерительного прибора - мультиметра.
Измерение, обработка и представление результатов измеренийЗадание 1. Определение э.д.с. источников тока Э.д.с. источника тока можно с достаточно большой степенью точности измерить непосредственно с помощью вольтметра. Но при этом следует иметь в виду, что при этом измеряемое напряжение меньше истинного значения э.д.с. на величину падения напряжения на самом источнике тока., (5)где
U - показания вольтметра. Разница между истинным значением э.д.с. и измеренным напряжением при этом равна:. (6) При этом относительная погрешность измерения э.д.с. равна: (7) Обычно сопротивление источника тока (гальванического элемента) равно несколько
Ом (например,
1Ом). Если даже сопротивление вольтметра мало (например,
100 Ом), то и в этом случае погрешность прямого измерения э.д.с. составляет всего
1%. Хороший вольтметр, в том числе используемый в мультиметре, имеет сопротивление порядка
106 Ом. Ясно, что при использовании такого вольтметра можно считать, что показание вольтметра практически равно измеряемой э.д.с источника тока.1. Подготовьте мультиметр к измерению постоянного напряжения до
2 В.2. Не вынимая гальванические элементы из креплений, измерьте и запишите их э.д.с. с точностью до сотых долей вольта.3. Э.д.с. величина всегда положительная. Соблюдайте полярность при подключении мультиметра к источникам тока. Красный щуп мультиметра присоединяется к «+» источника тока.
Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока Внутреннее сопротивление источника тока можно вычислить с помощью закона Ома: . (8)1. Подготовьте мультиметр для измерения силы постоянного тока до
10(20) А.
2. Составьте электрическую цепь из последовательно соединенного источника тока, резистора (одного из набора) и амперметра.3. Измерьте силу тока в цепи.4. Рассчитайте и запишите величину внутреннего сопротивления источника.5. Аналогичные измерения проделайте для другого элемента.
Задание 3. Расчёт электрической цепи постоянного тока1. Соберите электрическую цепь по схеме, предложенной преподавателем (схемы 1-7).2. Зачертите схему в отчет по работе и укажите номиналы выбранных резисторов.3. С помощью правил Кирхгофа рассчитайте силы токов во всех ветвях цепи. Вычислите падения напряжений на каждом резисторе. 4. С помощью мультимета измерьте силу тока в доступном для измерения месте. Измерьте падение напряжения на каждом резисторе.5. В выводе сравните измеренные и расчетные значения и укажите причины возможных расхождений.
Задание 4. Соединение источников тока в батареи1. Источники тока могут соединятся в батареи двумя основными способами: параллельно и последовательно. Если источники соединяются последовательно, то их э.д.с. и внутренние сопротивления складываются: (9) При параллельном соединении одинаковых источников тока общая э.д.с. батареи равна э.д.с. одного источника, а внутреннее сопротивление батареи в n раз меньше внутреннего сопротивления одного источника тока: (10) Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются обе схемы соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих соединениях. В выводе сравните расчетные и измеренные значения.
Отчет по лабораторной работе № 3Изучение применения закона Ома для расчета цепей постоянного тока
выполненной учащимся школы «Поиск»
…………………………………………………………………………………
«…….»………….. 200….
Задание 1. Определение э.д.с. источников тока
Первый источник тока 1 = ……… В
Второй источник тока 2 = ……… В
Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока
Первый источник тока
R = ……… Ом, I = ……… А, r1 = ……… Ом
Второй источник тока
R = ……… Ом, I = ……… А, r2 = ……… Ом
Таблица 1
|
| I1, А | I2, А | I3, А | U1, В | U2, В | U3, В | |
Вчисленные значения | | | | | | | |
Измеренные значения | | | | | | | |
|
Вывод: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………