- •I.I. Пояснения к работе
- •1.2. Выполнение работы
- •2.1. Пояснения к работе
- •2.3. Контрольные вопросы
- •3.1. Пояснения к работе
- •3.2. Выполнение работы
- •3.2.1. Подготовка к работе
- •3.2.2. Выполнение исследований
- •3.2.3. Расчетная часть
- •3.3. Контрольные вопросы
- •4.1. Пояснения к работе
- •4.2. Выполнение работы
- •4.2.1. Подготовка к работе
- •4.2.2. Выполнение исследований
- •4.2.З. Расчетная часть
- •4.3. Контрольные вопросы
- •5.1. Пояснения к работе
- •5.2. Выполнение работы
- •5.3. Расчетная часть
- •5.4. Контрольные вопросы
- •6.1. Пояснения к работе
- •6.2. Выполнение работы
- •6.2.1. Подготовка к работе
- •6.2.2. Выполнение исследований
- •6.3. Контрольные вопросы
- •7.1. Основные теоретические положения.
- •7.2. Описание лабораторной установки
- •7.3. Порядок проведения опытов
- •7.4.Обработка результатов опытов
- •7.5. Контрольные вопросы
- •8.1. Общие теоретические положения.
- •8.2 Описание лабораторной установки
- •8.3 Порядок проведения опытов
- •8.4 Обработка результатов опытов
- •8.5 Контрольные вопросы
2.1. Пояснения к работе
1.По первому закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю: где n - число ветвей, сходящихся в данном узле.
При этом условно принимают положительными значения токов, направленных к узлу и отрицательными - от узла.
По второму закону Кирхгофа в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма ЭДС всех источников равна алгебраической сумме падений напряжения на всех приемниках, входящих а этот контур:
где т - число источников ЭДС в контуре. l - число приемников в контуре.
При этом ЭДС и падения напряжения считаются положительными, если их направления совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура и отрицательными - в противном случае.
2. При расчете методом непосредственного применения законов Кирхгофа сложной электрической цепи, состоящей из т узлов и п ветвей, система должна содержать n уравнений.
Работа выполняется в такой последовательности:
1) произвольно задаются условными направлениями токов в ветвях,
2) по первому закону Кирхгофа составляют {m-1} уравнений;
3) произвольно задаются направлением обхода контура, выбирая любые, но только независимые контуры;
4) по второму закону Кирхгофа составляют недостающее количество уравнений;
5) подставляя в уравнения числовые значения, решают их совместно и определяют неизвестные токи. По знакам полученных значений токов определяют их действительное направление.
3. Метод наложения базируется на принципе наложения, т.е. независимости действия отдельных ЭДС на всю линейную цепь. Полный ток в отдельных ветвях равен алгебраической сумме частичных токов, т.е. токов от каждой ЭДС.
Для работы методом наложения необходимо:
1) исключить из схемы все ЭДС, кроме одной, включив вместо них их внутренние сопротивления;
2) рассчитать частичные токи в ветвях полученной простой электрической цепи методом эквивалентного преобразования или методом пропорциональных величин. Так как в схеме действует только одна ЭДС, направления всех частичных токов известны, они указываются на расчетной схеме,
3) включить в первоначальную схему следующую ЭДС. исключив все остальные, расчет повторить столько раз, сколько ЭДС имеется в схеме;
4) просуммировать частичные токи по отдельным ветвям с учетом их направлений.
4. Метод двух узлов применим к расчету сложных цепей, имеющих в своем составе только два узла.
Задаем условным направлением всех токов в одну и ту же сторону.
Если условное направление принято от узла В к узлу А , ток в ветви:
, а
где U A B -узловое напряжение. В; gk - проводимость к-й ветви, см; n - число ветвей цепи.
Принимаем значения ЭДС ветвей положительными, если они совладают с условным направлением тока, и отрицательными - в противном случае.
5. Очень часто при анализе сложных электрических цепей интересуются электрическим состоянием только одной ветви. В этом случае нет необходимости считать всю цепь каким-либо из рассмотренных методов, а целесообразнее воспользоваться методом эквивалентного двухполюсника (генератора). Этот метод основан на том, что всю остальную часть цепи, кроме рассматриваемой ветви, можно заменить одним активным элементом (ЕЭГ=Uхх) и одним резистивным элементом (RЭГ). Ток в ветви:
где R - сопротивление исследуемой ветви.
6. Потенциальной диаграммой называется график распределения потенциала вдоль замкнутого электрического контура.
При построении потенциальной диаграммы вдоль оси абсцисс откладывают в соответствующем масштабе сопротивления между отдельными точками, а по оси ординат, полученные расчетно, или измеренные экспериментально, значения потенциала в тех же точках. При этом руководствуются следующими положениями:
1) за нулевой потенциал можно принять потенциал любой точки контура. На. диаграмме этой точке соответствует начало координат;
2) направление обхода для контура можно выбирать произвольно;
3) ЭДС действует в направлении повышения потенциала, поэтому при переходе через ЭДС вдоль ее действия происходит рост потенциала и его понижение в обратном случае;
4) ток течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом, поэтому при переходе через резистор в направлении действия тока, происходит понижение потенциала и его повышение в противоположном случае.
7. Один из универсальных приборов используется для измерения напряжений, другой - для измерения токов. В каждой ветви следует предусмотреть одну перемычку для обеспечения возможности подключения амперметра.
В работе используется нерегулируемый и регулируемый источники блока постоянных напряжений, элементы цепи № 01, 02, 03, 04, 05, Об, 07, 08. Индексация резисторов в дальнейшем должна производиться в соответствии с номером элемента цепи: R1, R2, R3, R4, , а ЭДС Е1, Е2 . Каждый источник ЭДС снабжен индексами "+" и "-".
Вариант задается преподавателем и указан в таблице вариантов.
2.3. Выполнение работы
1.Изучить по лекциям и по учебнику [2] с. 18-34 методы расчета сложных цепей постоянного тока: законов Кирхгофа, наложения, двух узлов, эквивалентного генератора и построения потенциальной диаграммы.
При явке на лабораторные занятия каждый студент должен иметь протокол. Получить у преподавателя номер варианта (см. табл. 2.1) и заполнить табл. 2.2.
2.Собрать схему (рис. 2.1). Произвольно указать штриховыми строчками направление токов в ветвях. Предел измерения вольтметра установить 200 В, амперметра - 200 мА. Включить питание приборов и блоков постоянных напряжений, а ручкой "Напряжение" установить заданное напряжение ЭДС Е1 или Е2. Определить значение токов в ветвях, ЭДС и падения напряжений на отдельных резисторах, значения записать в табл.2.3.
Правильность выбора направления тока в ветвях проверить амперметром. Щуп гнезда ”Ж” подсоединить к гнезду, находящемуся у начала стрелки направления тока, щуп гнезда "I" подсоединить к гнезду, находящемуся у конца стрелки направления тока. Отсутствие знака “-”
перед числами ЦОУ свидетельствует о правильном выборе тока, в противном случав -неправильном. Нужно изменить направление тока на противоположное.
3. Проверить справедливость метода наложения. Для этого измерить частичные токи в ветвях при включении:
а) только ЭДС Е1 ( I’1,I’2,I’3, ) (рис. 2.3);
б) только ЭДС Е2 ( I’’1,I’’2,I’’3,) (рис, 2.4),
в) включены все ЭДС (I1,I2,I3,) (рис. 2.1).
Данные опыта записать в табл. 2.5.
4. Проверить справедливость метода узлового напряжения. С этой целью измерить UAB и токи во всех ветвях при действии двух ЭДС, причем щуп ”U” вольтметра подключить к точке А, щуп "Ж" - к точке B.
Данные опыта записать в табл. 2.6.
5. Для построения потенциальной диаграммы измерить потенциал точек c, d, A и f, условно приняв потенциал узла B за нуль. Поставить щуп “Ж” вольтметра в точку B, второй щуп в нужную точку контура. Значения потенциалов записывать с учетом знака в табл. 2.7.
6. Проверить справедливость метода эквивалентного генератора. Для этого вынуть резистор R3 и вольтметром измерить напряжение ЭДС эквивалентного генератора EЭГ =Uxx. Выключив питание блока постоянных напряжений, вынуть соединительные провода, подходящие от блока постоянных напряжений к схеме. Вместо них поставить перемычки. Измерить сопротивление эквивалентного генератора RЭГ . Для измерения сопротивления нужно использовать универсальный прибор Ш4 300, являющийся вольтметром, подключенным вместо резистора R4, нажать клавишу R и 200, что соответствует пределу измерения 200 Ом.
Данные занести в табл* 2.8.
7. Убедиться, что эксперимент подтверждает справедливость первого и второго законов Кирхгофа. По данным табл. 2.1 определить алгебраическую сумму токов Σ Ik. Произвольно задаться направлениями обхода контуров и определить алгебраические суммы ЭДС Σ Ek и падений напряжений Σ Uk ,. Значения Σ Ik , Σ Ek и Σ Uk записать в табл. 2.3. Составить систему уравнений методом непосредственного применения законов Кирхгофа для определения токов в ветвях.
8. Определить значения сопротивлений резисторов схемы R1, R2, R3 и R4 , записать их значения в табл., 2.4.
9. Рассчитать исследуемую схему методом наложения, задавшись значениями R и Е. Полученные значения частичных токов ветви и полных токов ветви внести в табл. 2.5, сопоставить их значения с эксперeмeнтальными данными.
10. Рассчитать исследуемую схему методом двух узлов, полученные значения занести в табл. 2.6, сопоставить их значения с
экспериментальными данными.
11. По значениям табл. 2.7 построить потенциальную диаграмму для контура с двумя ЭДС.
12. Найти ток I4 по данным табл. 2.8. Рассчитать исследуемую схему методом эквивалентного генератора, полученные значения занести в табл. 2,8, сопоставив их значения с экспериментальными данными.