ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание)

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Дано: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru В; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом;

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом.

Определить: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Решение: Резисторы ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Резисторы ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru последовательны, находим их эквивалентное сопротивление ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru параллельны, их общее сопротивление ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Определяем ток ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru : ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А.

По закону Ома рассчитаем напряжение ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru : ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , тогда ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А.

Ток ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru можно определить по I закону Кирхгофа: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А.

Для определения токов ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru найдем по закону Ома ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru : ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , тогда ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А.

Напряжение ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru можно не находить, подставив в формулы для нахождения ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru значения ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А, ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ АКТИВНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ

Закон Ома для активного участка цепи между точками а и в имеет вид:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

На основании второго закона Кирхгофа напряжение участка цепи и ЭДС берутся со знаком «+», если их направление совпадает с направление тока, и со знаком «-», если они направлены противоположно току.

ПРИМЕР 1.3.1

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Дано: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru В; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru В; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru В; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом.

Определить ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru (А).

ЗАКОНЫ КИРХГОФА

Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Ток, подходящий к узлу, берется со знаком «+», отходящий от узла, - со знаком «-».

Второй закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма падений на­пряжения в любом замкнутом контуре равна алгебраиче­ской сумме ЭДС в этом контуре:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

В каждую из сумм соответствующие слагаемые входят со знаком «+», если их направления совпадают с направлением обхода контура, и со знаком «-», если их направления не совпадают с ним.

Для составления уравнений по законам Кирхгофа необходимо: выбрать произвольно направления токов в ветвях и выбрать положительные направления обхода контуров.

Количество уравнений определяется количеством неизвестных токов.

Число уравнений по первому закону Кирхгофа на единицу меньше числа узлов:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

По второму закону Кирхгофа составляется недостающее число уравнений, равное числу независимых контуров или ветвей без источников тока ( ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ) за вычетом числа уравнений, составленных по первому закону:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

При составлении уравнений по второму закону независимые контуры выбираются так, чтобы в каждый из них входила новая ветвь, исключая ветви с источниками тока.

ПРИМЕР 1.4.1

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Дано: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Cоставить уравнения по законам Кирхгофа для определения неизвестных токов.

Решение:

Произвольно выбираем направление токов в ветвях и направление обхода контуров. В схеме шесть ветвей. Необходимо составить систему из ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru уравнений.

По первому закону составляем ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru уравнения.

Для узла 1: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Для узла 2: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Для узла 3: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Недостающие два уравнения составляем по второму закону Кирхгофа:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

ПРИМЕР 1.4.2

Дано: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Составить уравнения по законам Кирхгофа и определить токи в ветвях.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

По первому закону составляем ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru уравнения.

Для узла 1: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Для узла 2: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Для узла 3: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Для узла 4: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Недостающие пять уравнений составляем по второму закону Кирхгофа для явно выраженных контуров:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Запишем эти уравнения в виде удобном для записи их в матричной форме

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Матричная форма записи системы уравнений: R×I=E.

Порядок решения заданной системы уравнений:

1. Установите режим автоматических вычислений.

2. Введите матрицу системы и матрицу - столбец правых частей.

3. Вычислите решение системы по формуле ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

4. Проверьте правильность решения умножением матрицы системы на вектор - столбец решения.

5. Найдите решение системы с помощью функции lsolve и сравните результаты вычислений.

Ниже приведен фрагмент решения этой системы уравнений в программе Mathcad.

Зададим матрицу системы ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и матрицу - столбец ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru правой части.

Надо найти матрицу - столбец неизвестных токов ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Вычислим решение системы по формуле ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru :

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Где: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Решим систему с помощью функции lsolve и сравним результат с решением ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Заданная система уравнений решена правильно.

БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ

В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс – баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Мощность источника э.д.с. положительна, если ток в ветви с источником совпадает по направлению с э.д.с., такой источник является генератором.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Мощность источника э.д.с. отрицательна, если ток в ветви с источником направлен противоположно э.д.с., в этом случае источник потребляет энергию.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

При определении мощности источника тока напряжение ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru берется как разность потенциалов между узлом к которому подходит ток источника ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и узлом, от которого он отходит.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

МЕТОД КОНТУРНЫХ ТОКОВ

При расчете методом контурных токов полагают, что в каждом независимом контуре течет неизвестный контурный ток, а источники тока создают известные контурные токи. Относительно неизвестных контурных токов составляют систему уравнений вида:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

где ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru - контурные токи;

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru - собственные сопротивления контуров;

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru - сопротивления смежной ветви между контурами.

Сопротивление смежной ветви между «k» и «m» контурами ( ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru ) входит в уравнение со знаком «+», если направления контурных токов ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru вдоль этой ветви одинаковы, и со знаком «-», если их направления противоположны.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru - контурные э.д.с., равные алгебраической сумме э.д.с. этого контура. В них со знаком «+» входят те э.д.с., направления которых совпадают с обходом контура.

Токи в ветвях находят как суперпозицию контурных токов.

Если схема содержит не только источники э.д.с., но и источники тока, то полагают, что ток источника тока замыкается по любым ветвям так, что вместе с ветвью источника создается замкнутый контур. Падение напряжения, вызванное током такого источника на каждом из сопротивлений контура, учитывается при записи левой части уравнений. Эти напряжения можно также учесть с обратным знаком в правой части уравнений.

ПРИМЕР 1.6.1

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Дано: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru В; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом; ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Ом.

Определить токи в ветвях методом контурных токов.

Решение:

В схеме 6 ветвей, 4 узла, 1 источник тока. Число уравнений, которые необходимо составить методом контурных токов: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Задаем направление контурных токов ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , полагая, что ток источника тока замыкается по резисторам ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru и ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

Составляем систему уравнений:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Подставляем числовые значения:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

Решая эти уравнения, находим контурные токи:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А,

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А.

Искомые токи: ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru A;

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А;

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А;

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А;

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru А.

Составим уравнение баланса мощностей:

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru .

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Вт,

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru Вт.

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru

ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , пусть ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru , тогда ПРИМЕР 1.2.1. (свертывание) - student2.ru В.

Определить токи в ветвях методом контурных токов.

Наши рекомендации