Экспериментальная проверка законов электрических цепей. Исследование цепи синусоидального тока со взаимной индуктивностью

8. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

8.1. ЭKСПЕРИМЕHТАЛЬHАЯ ПРОВЕРKА ЗАKОHОВ
ЭЛЕKТРИЧЕСKИХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: экспериментально подтвердить законы  электрических цепей,  проверить тепловые режимы работы и определить практические сопротивления резисторов.

Используемое оборудование: источник регулируемого постоянного напряжения (ИР), набор резисторов и приборы для измерения тока и напряжения.

Порядок выполнения работы

1. Для сборки цепи (рис. 8.1) выбрать сопротивления  с номинальными значениями от 50 до 510 Ом. Записать исходные данные элементов в протокол. С помощью мультиметра измерить сопротивление каждого элемента и их значения занести в протокол. Собрать электрическую цепь по схеме (рис.8.1), установить заданное напряжение U и измерить ток и падения напряжений на нагрузках R₁, R₂ и R₃ , записав их значения в протокол измерений.

2. Обработать результаты измерений. Для этого, используя измеренные напряжения и ток, рассчитать фактическое сопротивление каждого из резисторов и сравнить их значения с номинальными данными. Объяснить возникшие отклонения. Рассчитать мощности, выделяющиеся в каждом резисторе. Убедиться, что расчетное значение мощности каждого резистора не превышает 2 Вт.

3. Пользуясь измеренными с помощью мультиметра значениями сопротивлений резисторов и заданным напряжением теоретически рассчитать ток в цепи по формуле:

I =  U/ R_об, где R_{об –} эквивалентное сопротивление исследуемой цепи.

Вычислить мощность рассеяния каждого резистора по формуле:

P = I² R.

По закону  Ома определить падения напряжений на сопротивлениях.  Сравнить  полученный результат с результатом эксперимента.

4. Собрать электрическую  цепь  (рис. 8.2).

Номиналы нагрузок выбирать в соответствии со следующей рекомендацией:

R₁ = 51 – 100 Ом,   R₂ = 100 – 300 Ом,   R₃ = 150 – 510 Ом,   R₄ = 51 – 100 Ом.

Теоретически рассчитать сопротивления цепи,  используя номинальные данные резисторов.  Задавшись значением напряжения на  входе  цепи 10 – 20 В, рассчитать ток в неразветвленной части цепи,  а также в резисторах, включенных в параллель. Определить мощность рассеяния каждого из резисторов.  В случае,  если ни на одном из элементов мощность рассеяния не превысит 2 Вт, установить на входе  это значение напряжения и произвести измерения всех токов и напряжений.

По результатам  измерений  проверить выполнимость в данной цепи первого и второго законов Кирхгофа. (Ток,  входящий в узел, должен быть равен сумме токов выходящих из узла,  а алгебраическая сумма падений напряжений вдоль любого замкнутого контура равна алгебраической  сумме ЭДС источников в контуре).

Рассчитать фактические сопротивления резисторов и сравнить с номинальными данными,  а также рассчитать мощность рассеяния на каждом элементе цепи. Составить баланс мощностей.

5. Отчет о проделанной работе должен содержать все результаты расчетов и экспериментов. Для более удобного сопоставления результатов их лучше оформить в виде таблиц. Сделать выводы о проделанной работе.

8.2. ИССЛЕДОВАHИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ИСТОЧHИKА
ПОСТОЯHHОГО HАПРЯЖЕHИЯ. ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДА
ЭKВИВАЛЕHТHОГО ГЕHЕРАТОРА

Цель работы: экспериментально исследовать режимы работы реального  источника,  определить параметры расчетных эквивалентных схем источников,  получить навыки практического  использования метода эквивалентного генератора.

Используемое оборудование:  регулируемый  источник постоянного напряжения (ИР),  постоянные резисторы и переменный резистор, используемый в качестве нагрузки, а также измерительные приборы.

Порядок выполнения работы

Собрать цепь (рис. 8.3),  в которой последовательно с источником ИР включен постоянный резистор с сопротивлением 51 – 300 Ом,  используемый для имитации внутреннего сопротивления источника напряжения.

2. Установить на  выходе  источника заданное напряжение и измерить его величину мультиметром. Напряжение при разомкнутых зажимах источника можно считать равным  его ЭДС.

Замкнуть цепь при полностью введенном переменном сопротивлении (R₂ максимально). Затем, плавно уменьшая сопротивление резистора R₂ с шагом 100 Ом, записать показания приборов (всего 8 – 10 точек). Таким образом, получим внешнюю характеристику источника питания  U = f(I). Для того чтобы не перегрузить источник напряжения ИР, снижать сопротивление R₂ следует до значения 50 – 100 Ом.  Последнюю точку внешней характеристики,  соответствующую режиму короткого замыкания
(R₂ = 0),  получить расчетным путем.  Для этого  надо определить  внутреннее сопротивление источника при минимальном сопротивлении R_2, используя формулу:

U_эг = E_эг = U + I×R_вн.

После этого найти ток короткого замыкания:

I_КЗ = Е_эг / R_ВН.

Здесь I – ток активного двухполюсника; U – напряжение активного двухполюсника; 
E_эг – ЭДС эквивалентного генератора; R_вн – внутреннее сопротивление эквивалентного генератора; I_кз – ток короткого замыкания.

3. Построить на графике зависимость напряжения на нагрузке от тока U = f(I), используя данные проведенного эксперимента. Зная внутреннее сопротивление источника, построить на том же графике эту зависимость по двум точкам: режим холостого хода и режим  короткого замыкания. Сравнить полученные результаты.