Лабораторная работа № исследование простейших электрических цепей постоянного тока

Измерения
Вычисления
I A	U0 B	U12 B	U23 B	U34 B	U14 B		r1 Ом	r2 Ом	r3 Ом	Rэкв=r1+r2+r3	Rэкв= Ом

Контрольным вольтметром V_k замерить напряжения U₁₂, U₂₃ и U₃₄ на соответствующих сопротивлениях r₁ , r₂ и r₃ , а также напряжение всей цепи U₀ = U₁₄ . Результаты контрольных замеров записать в таблицу – 1-1. На основе полученных данных убедиться в справедливости II закона Кирхгофа для этой цепи, т.е.
U₁₃ = U₁₂ + U₂₃; (1); U₂₄ = U₂₃ + U₃₄ ; (2); U₀ = U₁₂ + U₂₃ + U₃₄ (3).

Используя закон Ома для участка цепи вычислить значения сопротивлений r₁ , r₂ и r₃ и R_экв.

3. Собрать цепь по схеме рис.1-5 состоящую из параллельно соединенных сопротивлений r₂ , r₃ и подключить ее к напряжению U₀ . Показания приборов записать в таблицу 1-2

Рис.1-5.



Таблица 1-2.

Измерения					Вычисления
U0 B	I1 A	I2 A	I3 A	r2 Ом		r3 Ом	Rэкв Ом

На основе полученных данных убедиться в справедливости 1 закона Кирхгофа, т.е. I₁ = I₂ + I₃ . Вычислить сопротивления r₁ , r₂ .

4. Собрать цепь по схеме рис.1-6, смешанного соединения, замерить соответствующие токи и напряжения и занести в таблицу 1-3.



Таблица 1-3.

Измерения						Вычисления
U0=U13 B	I1 A	I2 A	I3 A	U11 B	U23 B		r1 Ом	r2 Ом	r3 Ом

Составить уравнения цепи по законам Кирхгофа и убедиться в их справедливости на базе полученных результатов измерений. Вычислить сопротивления r₁ , r₂ , r₃ .


Контрольные вопросы.

1. 
   Какие источники постоянного тока Вы знаете?
   
2. 
   Что такое омическое сопротивление, от чего зависит его величина?
   
3. 
   Сформулируйте закон Ома и приведите примеры его использования.
   
4. 
   Сформулируйте законы Кирхгофа и составьте на их основе уравнения для произвольной цепи смешанного соединения.
   
5. 
   Что такое эквивалентное сопротивление цепи и как оно вычисляется в различных случаях соединения цепи?
   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2


АНАЛИЗ ЦЕПЕЙ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.


1. Цель работы.
1. Экспериментальное исследование цепей однофазного переменного тока при различных соединениях составляющих их элементов – активного сопротивления r, индуктивности L и емкости С.
2. Проверка особенностей применения законов Ома и Кирхгофа для цепей переменного тока.
3. Приобретение навыков в построении векторных диаграмм по данным измерений.
4. Определение активных, реактивных и полных сопротивлений, а также углов сдвига фаз между током и напряжением на входе и на участках цепи.


II. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ.
Любая электрическая установка переменного тока является электрической целью, изображаемой расчетной схемой замещения, состоящей из трех типов идеализированных пассивных элементов:
- активных сопротивлений r, характеризующих рассеивание электрической энергия (преобразование ее в тепловую энергию, в энергию работы);
- индуктивностей L, характеризующих магнитное поле цепи;
- емкостей С, характеризующих электрическое поле цепи.
Практически эти элементы осуществляются в виде чисто активных сопротивлений – резисторов; катушек индуктивности (реальных катушек), обладающих как индуктивностью L, так и активным сопротивлением r_к (эти параметры искусственно разделяют и соединяют последовательно); конденсаторов, обладающих емкостью С и принебрежено малым активным сопротивлением.
В общем случае неразветвленной цепи переменного тока (рис.2-1) полное сопротивление эквивалентной цепи вычисляется по формуле:


, Ом
где: X_L = L – индуктивное сопротивление катушки (Ом).
- емкостное сопротивление конденсатора.
Ток определяется по закону Ома . Сдвиг фаз между общим током и напряжением равен . При анализе цепей переменного тока применяются векторные диаграммы, которые строятся с учетом вышеизложенного, а именно:
А) на активном сопротивлении вектор напряжения совпадает по фазе с вектором тока;
Б) на индуктивности опережает ток на угол п/2;
В) на емкости отстает от тока на угол п/2;
Вектор общего напряжения на входе цепи определяется как геометрическая сумма векторов падений напряжений на отдельных участках цепи.
Таким образом, применение второго закона Кирхгофа для общего случая неразветвленной цепи переменного тока возможна только в векторной форме:

(алгебраическая сумма падений напряжений на участках цепи не будет равна напряжению источника, как это было в цепи постоянного тока). В этом и заключается особенность применения второго закона Кирхгофа для цепи переменного тока.
На рис. 2-2 приведены векторные диаграммы для последовательного соединения рассмотренных выше цепей:
А) двух резисторов с активным сопротивлением r₁ и r₂;
Б) резистора r и катушки индуктивности r_к-L;
В) резистора r и конденсатора С;
Г) резистора r_р, катушки индуктивности r_к–L и конденсатора С (рис.2-2).

Рис.3-2.
Разветвленная цепь, состоящая из параллельно соединенных резистора и катушки индуктивности характеризуется тем, что каждый ее элемент находится под одним и тем же напряжением U, которое создает в резисторе ток, совпадающий по фазе с напряжением , а в катушке индуктивности ток , отстающий от напряжения по фазе на угол
Общий ток в цепи по первому закону Кирхгофа , или для действующих значений как геометрическая сумма токов в отдельных ветвях.
В этом и заключается особенность применения первого закона Кирхгофа для разветвленных цепей переменного тока.
Для параллельных цепей строят векторные диаграммы токов (относительно общего для всех токов напряжения). Разветвленная цепь, состоящая из параллельно соединенных катушки индуктивности r_k – L и конденсатора С, характеризуется следующими соотношениями: - ток катушки, отстающий от напряжения на угол 0 ‹ _к ‹ п/2 и ток конденсатора опережающий напряжение на угол п/2 (активным сопротивлением пренебрегаем).