Лабораторная работа № исследование простейших электрических цепей постоянного тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.


ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА


1. Цель работы.
1. Изучение законов Ома и Кирхгофа путем непосредственного измерения токов и напряжений на участках цепи с помощью измерительных приборов.
2. Приобретение навыков в сборке простейших цепей последовательного, параллельного и смешанного соединений на постоянном токе.


II. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ.
Электрической цепью называется совокупность устройств и элементов, обеспечивающих замкнутый путь для электрического тока от источника электрической энергии к потребителю (приемнику) этой энергии. Основными элементами цепи являются источник (генератор), соединительные провода и приемник.
По способу включения приемников к источнику энергии различают цепи последовательного, параллельного и смешанного соединения. В первом случае резисторы r₁, r₂, … r_n с источником напряжения U образуют единый контур (рис.1-1) по которому течет один и тот же ток I. При этом на каждом из сопротивлений согласно закону Ома образуется свое падение напряжения U_k = I  r_k (к – порядковый номер сопротивления), т.е. U₁ = I  r₁ , U₂ = I  r₂, … U_n = I  r_n. C другой стороны, по второму закону Кирхгофа сумма всех этих напряжений уравновешивается напряжением на входе цепи, т.е.

где: R₃ = r₁ + r₂ + … + r_n – эквивалентное или суммарное сопротивление всей цепи, т.е. такое единичное сопротивление, которое, будучи подключенным к источнику U, вызывает такой же ток I, что и вся последовательная цепочка сопротивлений r₁, r₂, … r_n.

В случае параллельного соединения (рис.1-2) резисторы r₁, r₂ и r_n оказываются под одним и тем же напряжением источника U, т.е. U = I₁ r₁ = I₂ r₂ = … I_n r_n.

При этом каждое сопротивление вызывает свой автономный ток , в результате чего, согласно первому закону Кирхгофа, от источника потребляется ток I равный сумме отдельных токов всех потребителей, т.е.
откуда:
При смешанном соединении потребителей возможно любое сочетание последовательного и параллельного соединения типа рис. 1-3.

Определение токов и напряжений на отдельных участках цепи осуществляется в простейшем варианте на основе законов Кирхгофа. Так, например если в цепи рис. 1-3 заданы напряжение U и сопротивления r₀, r₁, r₂, r₃ и r₄ , то для отыскания неизвестных токов составляются пять уравнений равновесия цепи.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
2. Собрать цепь по схеме рис. 1-4, состоящую из последовательно соединенных r₁, r₂, r₃ и подключить к источнику постоянного напряжения U₀.



Таблица 1-1.