4. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Цель работы: экспериментальная проверка законов Кирхгофа.
Задание 1. Проверка первого закона Кирхгофа.
Задание 2. Проверка второго закона Кирхгофа.
, (1)
где n – число проводников сходящихся в узле; – токи в них. При этом токи, подходящие к узлу, считаются положительными, а токи, отходящие от него – отрицательными.
ℰi (2)
где n – число отдельных сопротивлений, на которых происходит падение напряжения; m – число ЭДС, действующих в данном контуре.
Уравнений по I и II законам Кирхгофа надо составлять столько, чтобы число их равнялось числу искомых величин.
При решении задач рекомендуется следующий порядок расчета сложной электрической цепи:
1) произвольно выбрать и обозначить на чертеже направления токов на всех участках цепи;
2) подсчитать число узлов в цепи k. Записать выражение (1) для каждого из k-1 узлов;
3) произвольно выбрать и обозначить направление обхода контура (по часовой стрелке или против), записать для них систему уравнений (2). Число независимых уравнений будет равно p – (k + 1), где р – число ветвей (ветвь – это часть цепи между соседними узлами);
4) если выбранное направление обхода контура совпадает с направлением тока Ii, то произведение Ii·Ri, берется со знаком «плюс», и наоборот;
5) перед ℰi ставится знак «плюс», если при обходе контура идем внутри источника от отрицательного полюса к положительному, т. е. если на пути обхода контура потенциал возрастает, в обратном случае ЭДС берется со знаком «минус».
Проверка законов Кирхгофа производится на монтажной панели с разветвленной электрической цепью, представленной на рис. 1:
Рис. 1. Электрическая схема установки
Выполнение работы
Подготовка к измерениям
Проверьте схему установки (рис. 1). Тумблер СЕТЬ источника питания должен находиться в выключенном положении.
Рассмотрим узел D, к которому подходит ток Ip, а отходят токи Ia, Iв и Ic. Поэтому для узла D первый закон Кирхгофа запишется так
. (3)
Задание 1. Проверка первого закона Кирхгофа
1. Подключите к клеммам а, в, с, p миллиамперметры.
2. Замкните клеммы d и k накоротко проводниками со штекерами на концах.
3. Включите тумблер СЕТЬ источника питания и замкните ключ К. По указанию преподавателя подайте различные напряжения для трех значений тока . Показания всех приборов занесите в табл. 1.
4. Рассчитайте относительную погрешность dI по формуле
, % (4)
Таблица 1
Порядок измерений |
Наименование показателей |
|||||
Iа, A |
Iв, A |
Iс, A |
Iр, A |
Ia+Iв+Ic, А |
dI, % |
|
1 |
||||||
2 |
||||||
3 |
5. Сделайте вывод о точности выполнения первого закона Кирхгофа.
Задание 2.Проверка второго закона Кирхгофа
Проведите проверку второго закона Кирхгофа для контура DАВFND.
1. В схеме оставьте только миллиамперметр, подключенный к клемме р и вольтметр V. Разомкните клеммы d и k. Замкните накоротко клемму а. Ток пойдет по R4 и через участок RАВ со смешанным соединением проводников.
2. Замкните ключ К и определите ток в цепи исследуемого контура DАВFND для трех значений напряжения источника тока (источники типа БП выдают стабилизированную ℰ).
3. Вольтметр V показывает напряжение на участке DАВ. Разность ℰ – U равна падению напряжения на источнике тока .
4. Занесите значения , ℰ, U в табл. 2.
Таблица 2
Порядок измерений |
Наименование показателей |
||||||||
, А |
RAB, Ом |
, В |
·R4, В |
ℰ, В |
U, В |
R, Ом |
, В |
d, % |
|
1 |
|||||||||
2 |
|||||||||
3 |
5. Спишите величины резисторов с монтажной панели:
R1 = Ом, R2 = Ом, R3 = Ом, R4 = Ом, R7 = Ом, R8 = Ом. Рассчитайте сопротивление участка АВ со смешанным соединением (RАВ) и занесите в табл. 2. Рассчитайте величину R = RАВ + R4, Ом.
6. Проверьте правильность соотношения (2)
ℰ(ℰ - U). (5)
|
|
|
где r– внутреннее сопротивление источника тока; ℰ - U, тогда .
8. Сделайте вывод о точности выполнения второго закона Кирхгофа.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте, запишите законы Кирхгофа, поясните правило знаков.
2. Как выбирают направление обхода контура и токов на участках цепи?
3. В цепи имеются n узлов. Сколько независимых первых уравнений Кирхгофа можно составить?
4. Задать замкнутый контур и составить для него второе уравнение Кирхгофа.
5. Что лежит в основах первого и второго законов Кирхгофа?
6. Назначение источника постоянного тока.
7. Почему возникло понятие «электродвижущая сила»?
8. Сформулируйте и запишите законы Ома.
9. Объясните сущность закона Ома в дифференциальной форме.
Библиографический список
1. Савельев И. В. Курс общей физики / И. В. Савельев. – М.: Наука, 1982. – Т. 2. – Гл. V. – С. 108–100. (Постоянный электрический ток. § 36. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа).
2. Грабовский Р. И. Курс физики / Р. И. Грабовский. – М.: Высш. шк., 2002. – Гл. XIII. – С. 276–280. (Постоянный электрический ток. § 86. Разветвленная электрическая цепь. Правила Кирхгофа).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.