Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 1
1.Тема учебной программы: «Электрические цепи постоянного тока».
2.Тема работы: «Изучение особенностей изменения тока и напряжения при последовательном и параллельном соединении резисторов».
3.Цель работы: Сформировать умение собирать электрические цепи и измерять электрические величины, анализировать особенности и закономерности последовательного и параллельного соединения.
4.Материально-техническое оснащение:
лабораторный стол с комплектом оборудования, электроизмерительные приборы, соединительные провода.
5.Теоретическая часть:
Электрическое сопротивление - это физическая величина, характеризующая свойства вещества препятствовать свободному, без потерь, прохождению электрического тока через него. Значительное число приемников, включенных в электрическую цепь (электрические лампы, электронагревательные приборы и др.), можно рассматривать как элементы, имеющие определенное сопротивление. Это дает возможность при составлении и изучении электрических схем заменять конкретные приемники резисторами с определенными значениями сопротивлений. Различают последовательное, параллельное и смешанное соединения резисторов (приемников электрической энергии).
Узел – место соединения в электрической цепи трех и более проводников.
Ветвью называется участок цепи, между двумя ближайшими узлами, обтекаемый одним и тем же током.
Основными законами электрических цепей являются закон Ома, законы баланса токов в узлах (первый закон Кирхгофа) и баланса напряжений на замкнутых участках цепи (второй закон Кирхгофа).
Согласно закону Ома: сила тока на участке цепи зависит от напряжения электрического поля и сопротивления участка цепи I=U/R
В соответствии с первым законом Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в любом узле цепи равна нулю. Если токам, направленным к узлу присвоим знак "плюс", а токам, направленным от узла, знак "минус", то получим следующее уравнение первого закона Кирхгофа:
или
Согласно второму закону Кирхгофа, алгебраическая сумма ЭДС (E)вдоль любого замкнутого контура равна алгебраической сумме падений напряжений в этом контуре
∑E =∑U.
При последовательном соединении нескольких резисторов конец первого резистора соединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д. При последовательном соединение через все участки проходит одинаковый ток. Если пренебречь внутренним сопротивлением источника, то, например, для трех последовательно соединенных резисторов согласно второму закону Кирхгофа можно составить уравнение:
E =U1+U2+U3 = IR1 + IR2 + IR3 = I(R1 + R2 + R3) = IRэкв,
где Rэкв = R1 + R2 + R3.
Напряжения на отдельных участках цепи согласно закону Ома:
U1=IR1; U2 = IR2, U3 = IRз, U = U1 + U2 +U3,
При последовательном соединении выключение или обрыв электрической цепи в одном из приемников и в остальных приемниках прекращает ток.
При параллельном соединении нескольких приемников они включаются между двумя узлами (точками) электрической цепи, образуя параллельные ветви. При параллельном соединении приемников, все они находятся под одним и тем же напряжением, и режим работы каждого из них не зависит от остальных. Поэтому согласно закону Ома:
I1=U/R1; I2=U/R2; I3=U/R3.
Ток в неразветвленной части цепи согласно первому закону Кирхгофа:
I = I1+I2+I3= U / R1 + U / R2 + U / R3 = U (1/R1 + 1/R2 + 1/R3) = U / Rэкв.
Следовательно, эквивалентное сопротивление рассматриваемой цепи при параллельном соединении трех резисторов определяется формулой:
1/Rэкв= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
Электрической проводимостью называется способность материала пропускать через себя электрический ток. Проводимость и сопротивление участка цепи связаны соотношением g=1/R. Эквивалентная проводимость параллельной цепи равна сумме проводимостей параллельно соединенных резисторов:
gэкв=g1+g2+g3
Таким образом, при увеличении числа параллельно включаемых резисторов результирующая проводимость электрической цепи увеличивается, а результирующее сопротивление уменьшается. При отключении или выходе из строя любого приемника остальные приемники остаются работающими.
В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой. Мерой количества энергии является работа. Приемники электрической энергии превращают электрическую энергию в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр.
Работа, совершаемая электрическим током силой 1А при напряжении 1В в течение 1секунды, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж).
Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 секунды, называется мощностью.
Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:
P = UI =I2R = U2/R = U2g
При любом способе соединения резисторов для участка цепи выполняется уравнение баланса мощностей
Рэкв=Р1+Р2+Р3+…
6.Практическая часть:
-сборка цепей последовательного и параллельного соединения резисторов;
- анализ особенностей и закономерностей этих соединений.
6.1.Техника безопасности при выполнении работы:
Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен. При выполнении работы не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. Любые изменения в схеме производить только после отключения питания. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов немедленно выключить напряжение питания и сообщить о неисправности преподавателю.
6.2.Описание выполнения задания:
Ознакомиться с измерительными приборами:
- определить предел измерения и цену деления приборов;
- определить технические характеристики приборов.
6.2.1.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1);
-предъявить собранную электрическую цепь преподавателю для проверки;
-убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 постоянный ток»;
-включите цепь, установить вращением ручки лабораторного автотрансформатора, указанное преподавателем рабочее напряжение, показания вольтметра записать таблицу 1:
Таблица1
№ п/п | Измерено | Вычислено | |||||||||||||||
U | I | I1 | I2 | I3 | R1 | R2 | R3 | Rэ | g1 | g2 | g3 | gэ | P1 | P2 | P3 | Pэ | |
В | А | А | А | А | Ом | Ом | Ом | Ом | См | См | См | См | Вт | Вт | Вт | Вт | |
-определить общую силу тока цепи по показаниям амперметра, записать полученное значение в таблицу1отключить цепь от источника питания;
-включить амперметр последовательно с первой лампой, подключить цепь к источнику питания, напряжение цепи не изменять;
-измерить е силу тока в первой лампе, записать полученное значение в таблицу1, отключить цепь от источника питания;
- измерить также силу тока в остальных ветвях (лампах), каждый раз соединяя амперметр последовательно с лампами Л2, Л3.
-перед переустановкой амперметра в цепи отключать цепь от источника питания; результаты измерений записать в таблицу 1.
- после всех измерений отключите цепь от источника.
6.2.2. Собрать цепь последовательного соединения резисторов (ламп) по схеме (рис.2):
-показать собранную цепь преподавателю для проверки;
-убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 постоянный ток»;
-включите цепь, установить вращением ручки лабораторного автотрансформатора указанное преподавателем рабочее напряжение, записать полученное значение в таблицу 2:
Таблица 2
№ п/п | Измерено | Вычислено | |||||||||||
I | U | U1 | U2 | U3 | R1 | R2 | R3 | Rэ | P1 | P2 | P3 | Pэ | |
А | В | В | В | А | Ом | Ом | Ом | Ом | Вт | Вт | Вт | Вт | |
-определить общую силу тока в цепи по показаниям амперметра, записать полученное значение в таблицу 2, отключить цепь от источника питания;
-включить вольтметр параллельно с первой лампой, подключить цепь к источнику питания;
-определить напряжение на первой лампе по показаниям вольтметра, записать полученное значение в таблицу 2, отключить цепь от источника питания;
-измерить напряжение в остальных ветвях (лампах), каждый раз подключая вольтметр параллельно исследуемому участку (лампочкам Л2, Л3), перед переустановкой вольтметра в цепи отключать питание;
- после всех измерений отключить цепь от источника.
6.3.Требования к оформлению отчета:
Отчет о лабораторной работе выполнить в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. В отчет должны быть внесены: № группы, ФИО учащегося. Отчет должен содержать название раздела, темы работы, цели работы, схемы, графики, таблицы, основные расчетные формулы; таблицы и схемы электрических цепей чертить карандашом с применением чертежных инструментов.
-перечертить в отчет схему электрической цепи последовательного соединения (рис.1) и таблицу1;
-выполнить расчеты сопротивлений, применив формулы: Rэ=U/I, R1=U/I1, R2=U/I2 , R3=U/I3, результаты вычислений записать в таблицу1;
-выполнить расчеты проводимостей, применив формулы: g=1/R, g1=1/R1 , g2=1/R2, g3=1/R3, результаты вычислений записать в таблицу1;
-выполнить расчеты мощности, применив формулы:Pэкв=UI , Р1=I2R1=UI1, Р2=I2R2, Р3=I2R3. , результаты вычислений записать в таблицу1;
- проверить выполнение уравнения баланса мощностей Рэ=Р1+Р2+Р3+…, записать вывод;
- проверить выполнение первого закона Кирхгофа I=I1+I2+I3+…, записать вывод;
- проверить выполнение уравнения для сопротивлений 1/Rэкв= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3,записать вывод;
-перечертить в отчет схему электрической цепи параллельного соединения (рис.2) и таблицу2;
-выполнить расчеты сопротивлений, применив формулы: Rэкв=U/I R1=U1/I; R2=U2/I; R3=U3/I, результаты вычислений записать в таблицу2;
-выполнить расчеты мощности каждого элемента: P1=U1I=U21/R1 , P2=U2I=U22/R2, P3=U3I=U23/R3., результаты вычислений записать в таблицу 2;
- проверить выполнение уравнения баланса мощностей Рэ=Р1+Р2+Р3+…, записать вывод;
- проверить выполнение уравнения для напряжений: U=U1+U2+U3, записать вывод;
6.4.Контрольные вопросы:
1.Записать формулу для вычисления электрического сопротивления.
2.Записать формулу эквивалентного сопротивления цепи при последовательном и параллельном соединении потребителей.
3.Сформулировать и записать законы Ома для участка и полной цепи, содержащей ЭДС.
4.Сформулировать 1-й закон Кирхгофа.
5.Привести примеры проводниковых материалов.
6.5.Используемая литература:
Свириденко Э. А., Китунович Ф.Г. Основы электротехники и электроснабжение. Мн., 2008.
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Республиканский институт профессионального образования»
Филиал «Индустриально-педагогический колледж»
Учебная дисциплина
«Электротехника с основами электроники»
Лабораторная работа №2
Исследование работы линии электропередачи, расчет потерь напряжения и мощности в провода
Специальности
2-02 06 31 Технический труд и черчение
2-36 01 06-02 Оборудование и технологии сварочного производства (по направлениям)
2-52 05 31 Оборудование и технологии мебельного производства (по направлениям)
Выполнил учащийся группы № …………….… …..
(Ф.И.О. учащегося)