Рекомендуемая литература

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество: – М.: Наука, 1998. – Т.3.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1987, Т.2.

3. Калашников С.Г. Электричество: – М.: Наука, 1977.

4. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 1979.

5. Фриш С.Э., Тиморева А.Б. Курс общей физики. М.: Наука, 1951. – Т.2

6. З

   5

   айдель А.Н. Ошибки измерения физических величин. Л. – 1974

Лабораторная работа № 1

Методы ограничения и регулировки тока и напряжения в цепях постоянного тока

Цель работы.

Изучить методы регулировки тока и напряжения в цепях постоянного тока.

Знания, необходимые для допуска к работе.

• Закон Ома для участка цепи постоянного тока;

• Закономерности последовательного и параллельного соединения сопротивлений.

Краткие сведения из теории.

Любые электрические приборы рассчитаны на определенные значения мощности, выделяемой на них при протекании тока (так называемую номинальную мощность), а соответственно, на номинальные значения тока и напряжения. Для ограничения и регулировки силы тока в цепях постоянного тока применяются специальные регулируемые сопротивления – реостаты, включаемые в цепь либо в варианте собственно реостата, либо в варианте потенциометра.

И

6

зменять силу тока, протекающего по цепи при неизменном выходном напряжении источника тока, можно, меняя общее сопротивление цепи. Для этого реостат включается в электрическую цепь последовательно с сопротивлением нагрузкиR (Рис. 1). В этом случае, сила тока может меняться в пределах от , когда движок реостата находится в крайнем левом положении (1) и сопротивление включенной в цепь части реостата равно нулю, а значит, общее сопротивление цепи определяется сопротивлением нагрузки, до, когда движок находится в крайнем правом положении (2) и весь реостат включен в цепь. Очевидно, что при изменении тока, протекающего через нагрузку, будет изменяться и напряжение на ней. Недостатком реостата является то, что он не позволяет уменьшать ток в цепи и напряжение на нагрузочном сопротивлении до нуля.

П

одключением реостата в электрическую цепь в качестве делителя напряжения (Рис. 2) также можно менять напряжение на нагрузочном сопротивлении, а значит и ток, протекающий через него. В данном случае реостат называют потенциометром и подключают его параллельно цепи, содержащей нагрузочное сопротивлениеR. При данном методе подключения движок делит потенциометр на две части, на нагрузку приходится напряжение, снимаемое с подключенной параллельно части потенциометра, и оно меняется от нуля, когда движок в крайнем левом положении (1), до U₀, когда движок в крайнем правом положении (2).

Практические задания

1. Регулировка тока в широких пределах с помощью реостата.

П

о номинальным значениям сопротивления и мощностиR и P_н, указанным на нагрузке, рассчитать номинальные значения напряжения и тока:

.

Если напряжение выбранного источника U₀ превышает U_н, то в цепь необходимо включить ограничительное сопротивление R_огр, такое, чтобы ток в цепи не превышал номинального I_н:

7

.

Если в работе используется регулируемый источник тока, то разумно выбрать , и тогда ограничительное сопротивление не нужно.

Исходя из известных U₀ и , необходимо произвести выбор амперметра и вольтметра с соответствующими пределами измерения, а после этого, определив внутренние сопротивления приборовr_A и r_V, рассчитать реальное сопротивление нагрузки:

.

Если сопротивления выбранных приборов удовлетворяют условиям , то. Желательно выбрать именно такие приборы.

Ток через нагрузку необходимо регулировать в широких пределах (т.е. как минимум, изменять в 10 раз), следовательно, сопротивление реостата рассчитывается следующим образом:

.

Реостат следует выбирать, руководствуясь не только рассчитанным значением сопротивления R_р, но и так, чтобы максимальный ток в цепи не превышал его номинальный ток .

Произведя расчет схемы и выбрав приборы, необходимо собрать схему, приведенную на рисунке (Рис. 3) , и снять зависимости и. Так как сопротивление реостата приблизительно можно считать пропорциональным его длине, можно снять зависимостии. По полученным результатам построить графики.