Исследование цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединениями резисторов (Лабораторная работа № 3)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ТЕМА: Исследование цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединениями резисторов.

ЦЕЛЬ: Изучить соотношение между токами и напряжениями при последовательном, параллельном и смешанном соединении резисторов и определить сопротивление электрической цепи.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ:

1) Источник постоянного напряжения.

2) Набор резисторов.

3) Амперметр с пределом измерения 5А.

4) Вольтметр с пределом измерения 15В.

5)Замыкающий контакт коммутационного устройства.

     ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В схемах электрических цепей постоянного тока возможны три способа соединения резисторов: последовательное, параллельное и смешанное. При последовательном соединении резисторы соединяются в одну неразветвлённую цепочку (рис. 1).

Ток в каждом резисторе одинаков и равен общему току всей цепи:

 

Напряжение  приложенное к цепи, равно сумме падений напряжений на каждом резисторе:

Общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных резисторов:

Величина сопротивления каждого резистора определяется по закону Ома для участка электрической цепи:

 ;   ;   .

При параллельном соединении все резисторы подключены к двум узловым точкам цепи (рис.2).

Рис.1                                                        Рис.2

При параллельном соединении напряжение на всех резисторах одинаково, так как концы подключены к одному и тому же источнику электрической энергии:

Общий ток неразветвлённой части цепи равен сумме токов в каждом разветвлении ( в каждом резисторе)-Первый закон Киргофа.

 

Величина тока в каждом резисторе определяется по закону Ома для участка цепи:

 ;   ;   

Общая проводимость всей цепи  равна сумме проводимостей отдельных ветвей: g=g+g+g. Так как g=1/R, общее сопротивление цепи можно определить из соотношения:

При смешанном соединении резисторы включаются в цепь последовательно и параллельно (рис.3).

Общее сопротивление цепи можно определить по формуле:

Сопротивление отдельных резисторов определяется по формулам:

 ;   ;   

            ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1) Внимательно ознакомится с основным теоретическими положениями лабораторной работы.

2) Собрать электрическую цепь по схеме (рис.4).

Рис.3                                  

Рис.4 

3) Исследовать соотношение между точками и напряжениями при последовательном соединении резисторов, для чего замкнуть выключатель К, подав тем самым напряжение на резисторы.

4) С помощью амперметра и вольтметра измерить ток и падение напряжений на отдельных участках цепи, результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1.

Измерено					Вычислено
U, В 16-17	U, В 8-9	U, В 10-11	U, В 14-15	I, А 7-8	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	Rэ, Ом

5) Отключить напряжение с установки.

6) Исследовать соотношение между токами и напряжениями при параллельном соединении резисторов.

7) подать напряжение на установку и записать показания амперметра и вольтметра в таблицу 2.

8) Отключить напряжение с установки.

9) Перемычку между выводами 11-12 снять и поставить между выводами 7-8, а амперметр включить между выводами 11-12.

10) Подать напряжение на установку и записать показания амперметра в таблицу 2.

Таблица 2.

Измерено

Вычислено

U,В 16-17

I,А 7-8

I,А 11-12

I,А 13-14

I,А

Rэ Ом

R1 Ом

R2 Ом

R3 Ом

q1 см

q2 см

q3 см

qэ см

11) Отключить напряжение с установки.

12) Перемычку между выводами 13-14 снять и поставить между выводами 11-12, а амперметр включить между выводами 13-14.

13) Подать напряжение на установку и записать покозания амперметра в таблицу 2.

14) Отключить напряжение с установки.

15) Исследовать соотношение между токами и напряжениями при смешанном соединении резисторов, для чего снять перемычку между выводами  9-10, и поставить между выводами 9-12, а вольтметр отсоединить от выводов    16-17.

16) Подать напряжение на установку и записать показания амперметра в таблицу 3. Вольтметром замерять напряжение между выводами 8-9, 10-11, 16-17 и внести эти данные в таблицу 3.

17) Отключить напряжение с установки.

18) Снять перемычку между выводами 11-12 и поставить между выводами 13-14, а амперметр включить между выводами 11-12.

19) Подать напряжение на установку и записать показания амперметра в таблицу 3.

20) Отключить напряжение с установки.

21) Снять перемычку между выводами 7-8 и поставить между выводами 11-12, а амперметр включить между выводами 7-8.

22) Подать напряжение на установку и записать показания амперметра в таблицу 3.

23) Отключить напряжения с установки, разобрать схему и приступить к оформлению отчёта.

Таблица 3.

Измерено						Вычислено
I,А 13-14	I,А 11-12	I,А 7-8	U,В 8-9	U,В 10-11	U,В 16-17	R1 Ом	R2 Ом	R3 Ом	Rэ Ом	R1э Ом

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Как формулируется закон Ома для участка цепи?

2) Чему равно полное сопротивление цепи из последовательно соединённых пяти одинаковых резисторов?

3) Какой опыт из приведённых в этой работе служит проверкой первого закона Кирхгофа?

4) Как определить полное сопротивление цепи, состоящей из четырёх параллельно соединённых резисторов?

5) Как изменится общий ток цепи из трёх параллельно соединённых одинаковых резисторов, если один из них отключить?

6) Как определить общее сопротивление цепи, состоящее из четырёх одинаковых резисторов, которые соединены попарно, параллельно, а также при последовательном соединении всех четырёх?