Правила оформлення звітів

Звіт містить титульний лист і такі розділи:

1.Мета роботи.

2.Основні теоретичні відомості.

3.Порядок і методика виконання досліджень.

4.Принципові схеми досліджуваних кіл.

5.Розрахункові формули і розрахунки.

6.Висновки.

Загальнi теоретичні вiдомостi

Лабораторний стенд включає в себе пульт, набiр елементiв, з’єднувальнi провiдники i спецiальний лабораторний стiл.

Пульт складається із джерела енергії, електричного ключа, набірного поля і регульованих пасивних елементів. Джерело енергії і електричний ключ розміщені у лівій частині пульта в трьох об’ємних блоках, які знаходяться один під одним.

Блок постійної напруги має джерело регулюємої стабілізованої напруги (ДР) (0-25)В струм до 1А, і джерело нерегульованої напруги (ДН) 20 8%, струм до 1А. На зовнішній панелі блока знаходяться (зліва - направо): вихід ДР, тумблер і індикована лампа живлення, вихід ДН, вольтметр і амперметр контролюють вихід ДР, ручка регулювання напруги ДР. Обидва джерела оздоблені електричним захистом, вимикаючим джерело при перевантаженні. Після усунення причин перевантаження джерел слід натиснути кнопку ‘ЗАЩИТА’ ДР або ДН відповідно.

Електричний ключ використовується для аналізу перехідних процесів.

Блок змінної напруги являє собою регулюєме стабілізоване джерело, яке забезпечуює напругу (5-25)В і струм до 1А при частоті (0,1-8)кГц. На лицевій панелі зліва направо розміщені: тумблер і контрольна лампа живлення, кнопка і контрольна лампа електричного захисту блока. Вмикання блока у роботу після спрацювання захисту виконується кнопкою ‘ЗАЩИТА’.

Набірне поле, розміщене у центрі пульта, являє собою панель із 67 парами гнізд для під’єднання елементів досліджуваних кіл. Відповідні гнізда з’єднані між собою електрично, створюючи вузли.

Набірне поле, розміщене у центрі пульта, являє собою панель із 67 парами гнізд для підключення елементів кіл, що досліджуються. Відповідні гнізда, з`єднані поміж собою електрично, утворюючи вузли. Конструкція набірного поля дозволяє швидко та з мінімальною кількістю похибок зібрати електричне коло, зовнішній вигляд якого буде аналогічним принциповій схемі. Така наочність при збиранні кола грає винятково важливу роль, особливо на початковій стадії вивчення теорії електричних кіл.

Рис. 1.6. Електричне коло на набірному полі (а) та його принципова схема (б)

Справа від набірного поля знаходяться пасивні елементи.

Блок змінного опору дозволяє отримати на виході опір від 1 до 999 Ом із ступенем регулювання 1Ом. Допустима потужність розсіяння - 5Вт.

Набір з’єднувальних проводів призначений для під’єднання до набірного поля джерел енергії, регулюємих пасивних елементів, пристроїв і т.п. Перемички використовуються для з’єднання гнізд однієї пари.

Увага! Вимірювальні пристрої, які знаходяться в стенді призначені для контролю роботи джерел. При виконанні експерементів використовується набір пристроїв класу не нижче 1,5. Пристрої, які живляться електроенергією, під’єднуються до розеток, розміщенних у заглибленні на задній стороні пульта.

Електричне коло - сукупність з`єднаних поміж собою джерел енергії та навантажень, по яким може протікати електричний струм. Електромагнітні процеси в електричному колі можна описати за допомогою понять “струм”, “напруга”, “ЕРС”, “опір”, “індуктивність”, “ємність”.

Електрична схема - графічне зображення електричного кола за допомогою умовних зображень елементів.

Вітка електричного кола - ділянка з послідовно з`єднаних елементів з одним і тим же струмом.

Вузол електричного кола - місце або точка з`єднання трьох чи більше віток.

Джерела електричної енергії - це хімічні джерела струму, термоелементи, акумулятори, генератори та ін., у яких відбувається процес перетворення хімічної, молекулярно-кінетичної, теплової, механічної та інших видів енергії в електричну енергію.

Приймачі електричної енергії (навантаження) - це електричні лампи, електронагрівальні прилади, електродвигуни та інші пристрої, у яких електрична енергія перетворюється у світлову, теплову, механічну або інші види енергії.

Електричний струм І у провідному середовищі – це впорядкований рух електричних зарядів. У металах та вакуумі це переміщення електронів, а у електролітах та газах – позитивних катіонів (+) та негативних іонів(-). Струм вимірюють у амперах (А). Напрям струму характеризується знаком.

Позитивний напрям струму обирається довільно та позначається на схемі стрілкою. Якщо в результаті розрахунку струм має додатне значення то його дійсний напрям співпадає з обраним позитивним напрямом. У протилежному випадку – навпаки.

Електрична напруга U - це скалярна величина, яка дорівнює лінійному інтегралу від напруженості електричного поля. Напруга вимірюється у вольтах (В). Позитивний напрям напруги співпадає з позитивним напрямом струму. Якщо позитивний напрям напруги на схемі обрано від точки 1 до точки 2, то напруга буде додатною, якщо потенціал точки 1 більше потенціалу точки 2 : , а у протилежному випадку напруга буде від’ємною. Таким чином . Нехай через ділянку електричного кола (приймач) під дією прикладеної напруги U проходить електричний заряд q. Елементарна робота, що здійснюється при цьому (елементарна енергія, яка надходить до приймача), буде дорівнювати:

Швидкість, з якою електрична енергія надходить у коло в дану мить, називається миттєвою потужністю:

Миттєва потужність – величина алгебраїчна: p(t)>0, якщо u(t) та i(t) мають однакові знаки. При цьому енергія надходить до приймача. Якщо напруга та струм мають різні знаки, то p(t)<0 . При цьому енергія повертається від даної ділянки кола до джерела.

Електрична енергія, що надходить до приймача за проміжок часу від t₁ до t₂ , виражається наступним інтегралом:

Протидія електричного кола проходженню електричного струму називається електричним опором.

Електричний опір позначається літерою R (r). Пристрої, які вмикаються в електричне коло і мають опір, називаються резисторами.

Одиницею вимірювання опору є Ом. Електричний опір лінійного провідника, в якому при незмінній різниці потенціалів в 1 В проходить струм в 1 А, є рівним 1 Ом.

Регулюємі опори називаються реостатами і виготовляються з провідників з великим питомим опором.

Здатність провідника пропускати електричний струм характеризується провідністю , значення якої є обернено пропорційним опорові. Одиницею вимірювання провідності є сіменс (1/Ом=См). Таким чином, відношення між опором і провідністю наступні:

.

Джерело електричної енергії характеризується ЕРС Е і внутрішнім опором . Якщо через нього під дією ЕРС Е протікає струм I, то напруга на його зажимах при збільшенні I зменшується. Залежність напруги U на зажимах реального джерела від струму I зображена на рис. 1.7.а.

а) б) в)

Рис. 1.7. Вольт-амперні характеристики реального джерела енергії (а), ідеального джерела ЕРС (б), ідеального джерела струму (в)

Якщо через т_и позначити масштаб по осі U, а через т_і – масштаб по осі I, то для довільної точки на характеристиці рис. 1.7.а внутрішній опір визначається через тангенс кута як: . Отже, пропорційний внутрішньому опору джерела живлення.

Залежно від значення кута нахилу ВАХ можливі два крайні випадки, які визначають тип джерела живлення:

1. Якщо в деякого джерела внутрішній опір , то ВАХ його буде прямою вертикальною лінією, що виходить з точки на осі напруг і відповідає значенню (рис. 1.7.б). Така характеристика відповідає ідеальному джерелу ЕРС. Отже, джерело ЕРС є таким ідеалізованим джерелом живлення, напруга на виходах якого є постійною, не залежить від струму I, і дорівнює ЕРС Е, а внутрішній опір дорівнює нулеві.

2. Якщо в деякому джерелі безмежно збільшувати ЕРС Е і внутрішній опір , то точка С (рис. 1.7.а) зміщується по осі абсцис у нескінченність, а кут (рис. 1.7.в). Таке джерело живлення називають ідеальним джерелом струму. Джерело струму є ідеалізованим джерелом живлення, що створює постійний струм струм , який не залежить від опору навантаження, під'єднаного до нього, а ЕРС Е_ДС і внутрішній опір R_ДС рівні нескінченності. Відношення двох нескінченно великих величин Е_ДС / R_ДС дорівнює кінцевій величині – струму J джерела струму.

При розрахунку та аналізі електричних кіл, реальне джерело електричної енергії з кінцевим значенням заміняють розрахунковим еквівалентом. Еквівалентом може бути:

а) джерело ЕРС Е з послідовно увімкненим опором , рівним внутрішньому опору реального джерела (рис. 1.8.а; стрілка в колі вказує напрямок зростання потенціалу всередині джерела ЕРС);

б) джерело струму зі струмом і увімкненим паралельно з ним опором (рис. 1.8.б; стрілка в колі вказує позитивний напрямок струму джерела струму).

а) б) в)

Рис. 1.8. Еквівалентні схеми заміщення реального джерела ідеальним джерелом ЕРС (а) та ідеальним джерелом струму (б, в) із внутрішніми опорами

Основні параметри електричних схем. Закони Ома та Кірхгофа

На рис. 1.9 зображена ділянка кола, крайні точки якої позначені літерами а і b. Нехай струм I тече від точки а до точки b (від більш високого потенціалу до більш низького). Отже, потенціал точки вище потенціалу точки на значення, рівне добутку струму I на опір R:

.

Рис. 1.9. Ділянка кола без ЕРС

Відповідно до визначення напруги між точками а і b :

_.

Відповідно, , тобто напруга на опорі дорівнює добутку струму, що протікає через опір, на значення цього опору.

В електротехніці різницю потенціалів на виводах опору називають або напругою на опорі, або падінням напруги.

В тому випадку, коли коло містить не лише опір, але й джерело ЕРС, так як це показано на рис. 1.10.а, б напруга між точками а і с цих ділянок визначається як

_.

Рис. 1.10. Ділянки кола з ЕРС

Виразимо потенціал точки а через потенціал точки с. При русі по колу від точки с до точки b зустрічно напрямкові ЕРС Е (рис. 1.10.а) потенціал точки b є меншим за потенціал точки с на значення ЕРС Е : . При русі від точки с до точки b узгоджено з напрямом ЕРС E (рис. 1.10.б) потенціал точки b виявляється більшим за потенціал точки с на значення ЕРС Е: .

Оскільки по ділянці кола без джерела ЕРС струм тече від більш високого потенціалу до більш низького, то при вибраному напрямі струму в обох схемах рис. 1.10 потенціал точки а є вищим за потенціал точки b на значення падіння напруги на опорі R: . Таким чином, для рис. 1.10.а :

, , для рис. 1.10.б:

, .

Позитивний напрямок напруги U_ас показують стрілкою від а до с. Відповідно до визначення, , тому , тобто зміна послідовності індексів еквівалентно зміні знаку цієї напруги. Зважаючи на це, напруга може бути і позитивною, і негативною величиною.

Закон (правило) Ома для ділянки кола, що не містить джерела ЕРС, встановлює зв'язок між струмом і напругою на цій ділянці. Згідно рис. 1.9:

або .

Для струму ділянки електричного кола, що містить послідовно з`єднані джерела ЕРС та навантаження (рис. 1.10), при заданій різниці потенціалів на кінцях цієї ділянки справедлива формула узагальненого закону Ома:

де I_ab - струм ділянки електричного кола з позитивним напрямом від точки а до точки b; U_ab - різниця потенціалів або напруга між точками a та b ділянки кола; - алгебраїчна сума ЕРС, які діють на цій ділянці електричного кола, причому ЕРС, напрям дії якої співпадає з позитивним напрямом струму, береться з додатнім знаком, а в протилежному випадку - з від`ємним знаком; Rab - сумарний опір ділянки електричного кола.

Якщо в результаті розрахунків отримано від`ємне значення струму, то це означає, що дійсний напрям струму не співпадає з обраним позитивним напрямом (протилежний довільно обраному позитивному напряму).

Перший закон Кірхгофа можна сформулювати у два способи:

1) алгебраїчна сума струмів, що входять до будь-якого вузла схеми, дорівнює нулю: ;

2) сума струмів, що входять до будь-якого вузла, дорівнює сумі струмів, що виходять з вузла.

Згідно рис. 1.11, якщо струми, що втікають у вузол, вважати позитивними, а ті, що витікають – негативними, то відповідно до першого формулювання , а відповідно до другого – .

Рис. 1.11. Вузол електричного кола із вказаними напрямками струмів

Другий закон Кірхгофа також має два формулювання:

1) алгебраїчна сума падінь напруги в будь-якому замкнутому контурі дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС цього ж контуру: _. У кожну із сум відповідні доданки входять зі знаком плюс, якщо вони збігаються з напрямком обходу контуру, і зі знаком мінус, якщо вони не збігаються з ним.

2) алгебраїчна сума напруг уздовж будь-якого замкнутого контуру дорівнює нулю: _.

Для зовнішнього контуру схеми рис. 1.12 згідно другого закону Кірхгофа можна записати наступне співвідношення для напруг: .

Рис. 1.12. Електрична схема із вказаними напрямками струмів у вітках