Описание экспериментальной установки

В работе используются электронные приборы. Источниками питания являются приборы типа Б5-43, Б5-44, Б5-46. Такие приборы имеют крайне малое внутреннее сопротивление (сотые доли Ома). В связи с этим последовательно с ними для удобства работы включены резисторы порядка нескольких кОм, имитирующие внутреннее сопротивление источников.

В работе использован миллиамперметр типа Ф-279, позволяющий одновременно измерять до 12 токов на различных участках цепи. Питание прибора осуществляется от сети ~220 В. Входные клеммы прибора выведены на стенд. Подключение прибора должно производиться с учетом полярности. В зависимости от силы измеряемого тока светящаяся полоска на шкале миллиамперметра имеет различную ширину. Когда светится одно нижнее деление полоски, сила тока равна нулю. Погасание и этого светящегося деления означает, что измеряемый ток течет в противоположном направлении. Для измерения тока в этом случае штекеры, подводящие ток к этому входу миллиамперметра, надо поменять местами. При перенагрузке миллиамперметра верхние три риски шкалы начинают светиться более ярко.

Напряжение измеряют с помощью цифрового вольтметра Ф-283. Питание прибора осуществляется от сети ~220 В. После включения шнура питания в розетку необходимо нажать белую кнопку на панели прибора. Подключение измеряемого напряжения осуществляется на задней панели прибора к клеммам “ОБЩ.”, “ВХОД”. Знак “МИНУС”, загорающийся перед цифрами, означает, что потенциал точки, подключенной к клемме “ВХОД” ниже, чем потенциал точки, подключенной к клемме “ОБЩ”. В противном случае знак “МИНУС” не загорается.

Предел измерения выбирается нажатием на панели прибора кнопок: 0,02; 0,2; 2; 20; 200. Возможен автоматический выбор предела. Для этого надо нажать кнопку “АВТ”. Кнопки: “20 mS”, “РВЗ”, “ПУСК” – должны быть не нажаты. Если в процессе работы цифры на панели прибора перестали светиться, это значит, что на прибор подано напряжение, превышающее включенный предел. В этом случае надо включить иной предел или выключить вольтметр еще одним нажатием белой кнопки.

Цифры на панели прибора могут давать показания в Вольтах, в этом случае в конце панели горит знак “U” или в милливольтах – горит знак “mU”.

Перед началом работы необходимо проверить наличие заземления приборов Б5-43, Б5-44, Б5-46, Ф-283, Ф-279. При отсутствии заземления или его повреждении работать запрещается.

Выполнение работы

Упражнение 1. Исследование замкнутой цепи постоянного тока.

1. Собрать схему, приведенную на рис. 4.

r – внутреннее сопротивление источника тока.

-

+

V

-

+

-

+

A

R

Рис. 4

2. Меняя величину сопротивления нагрузки R, изучить зависимости

I = f (R) , U = f (R) .

В качестве сопротивления нагрузки R использовать магазин сопротивлений КСМ–6.

3. Воспользовавшись значением силы тока для двух различных сопротивлений нагрузки, подсчитать и R источника, используя формулу (11). Расчет повторить для нескольких пар (I, R). Усреднить результат. Оценить погрешность.

4. Зная и r, по формуле (12) рассчитать U = f (R). На тех же осях построить эмпирическую зависимость U (R).

5. По экспериментальным значениям R, I рассчитать P = f (R), P_n = f (R), η = f (R). Построить графики.

6. По графику P_n =f(R) оценить величину внутреннего сопротивления источника тока.

7. Какое сопротивление R является оптимальным нагрузочным сопротивлением источника?

8. Выполнить пункты 2, 3 для остальных двух источников тока.

Упражнение 2. Исследование участка цепи, содержащего эдс.

1. Собрать схему, приведенную на рис. 5. В качестве R_вн использовать магазин сопротивлений КСМ–6. Считать , известными, – внутреннее сопротивление источника с эдс .

R

+

-

+

-

A

V

+

-

Рис. 5

2. Меняя R_вн , снять зависимость I = f (U).

3. По полученной зависимости с использованием закона Ома для участка цепи, содержащего эдс (см. формулу (7)), определить и r.

Упражнение 3. Проверка правил Кирхгофа.

Собрать электрическую разветвленную цепь, содержащую не менее двух простых контуров (число простых контуров – по указанию преподавателя). В качестве примера см. рис. 6.

На участках этой цепи должны находиться все три источника тока, эдс и внутреннее сопротивление которых вы уже определили, а также резисторы из набора 15-ти резисторов, закрепленных на измерительном стенде. Номиналы этих резисторов приведены в конце описания. Зарисовать в тетради собранную электрическую схему. Имеющиеся 12 каналов миллиамперметра при этом необходимо использовать для измерения токов на всех участках сконструированной вами схемы.

Т

R₁

ак в схеме, приведенной на рис. 6, надо включить три миллиамперметра, каждый из которых должен быть подсоединен последовательно сопротивлениям .

A₁

R₂

A₂

R₃

A₃

Рис. 6

Пользуясь правилами Кирхгофа, рассчитать токи на участках цепи. Сравнить рассчитанные токи с экспериментально измеренными, обращая внимание на направление их протекания. С учетом погрешности измерений сделать вывод о выполнимости правил Кирхгофа. Расчетные и экспериментально измеренные токи представить в виде таблиц.