Лабораторная работа № 0
“Исследование простых линейных электрических цепей постоянного тока”
Цель работы
1 Получить практические навыки по применению законов Ома и Кирхгофа для расчёта простейших электрических цепей постоянного тока, сборке электрических схем на учебно-исследовательском стенде (УИЛС), измерению токов, напряжений и сопротивлений с помощью измерительных приборов.
2 Экспериментально проверить зависимости между электрическими величинами при различном соединении элементов электрической цепи.
Общие положения
Электрической цепью (ЭЦ) называется совокупность устройств, предназначенных для передачи, распределения и взаимного преобразования электрической (электромагнитной) и других видов энергии и информации при неизменных во времени токах и напряжениях.
На практике, чтобы облегчить изучение процессов в ЭЦ, реальную ЭЦ заменяют расчётной схемой замещения или идеализированной цепью и пользуются следующими понятиями элементов схемы: электродвижущей силой (ЭДС) E, внутренним сопротивлением Rвн источника электрической энергии и резистивным элементом приёмника с сопротивлением (нагрузки) Rн.
Направление ЭДС принимается от низшего потенциала к высшему. В теории электрических цепей пользуются идеализированными источниками энергии: источником ЭДС и источником тока.
Идеальный источник ЭДС — это такой активный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, проходящего через источник, т. е. внутри такого источника отсутствуют пассивные элементы (R, L, C).
Идеальный источник тока — это такой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его выводах.
Предполагается, что внутреннее сопротивление такого источника ЭДС бесконечно мало, а источника тока бесконечно велико.
Электрические цепи подразделяются на неразветвлённые и разветвлённые. Неразветвлённая ЭЦ — это такая цепь, во всех элементах которой течёт один и тот же ток, т. е. это электрическая цепь, состоящая из одной ветви.
Рис. 1
При последовательном соединении элементов (рис. 1), согласно второму закону Кирхгофа, должно выполняться равенство:
.
Здесь
— падение напряжения на резисторе
.
Разветвлённая ЭЦ — это цепь, содержащая последовательно - и параллельносоединённые ветви (смешанное соединение).
Если
в ЭЦ имеется два узла, к которым
присоединены несколько ветвей, то такие
цепи называются параллельными (рисунок
2). Характерным для таких ветвей является
то, что напряжение на их зажимах одинаково
и для расчёта тока в каждой из ветвей
можно использовать закон Ома. Если ветвь
не содержит источника ЭДС, то ток в такой
ветви определяется из соотношения
.
При параллельном соединении элементов цепи (см. рис.2), а также смешанном (см. рис.3), должен выполняться первый закон Кирхгофа (баланс токов в узле ЭЦ)
или
=0.
In
Rn
Рис. 2
Если в схеме имеется смешанное соединение элементов (рис. 3), то ток одной из параллельных ветвей можно определить (зная ток в общей ветви и величины со-
п
ротивлений
R1
и
R2)
по следующей формуле
,
которую называют “правилом разброса”
токов.
Рис. 3
Для
любой из этих схем должно выполняться
равенство
(баланс мощностей).