Изучения применения закона ома для цепей постоянного тока

Лабораторная работа

	ИЗУЧЕНИЯ  ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА  ОМА  ДЛЯ  ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО  ТОКА





Цель   работы:

   Углубление знаний о законе Ома для участков цепи и о законе Ома для полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока.



Оборудование:  учебно-лабораторный стенд «Законы постоянного тока»,  мультиметр,  три-четыре резистора с известными сопротивлениями,  два гальванических элемента  разных типов,  соединительные провода.

Введение

   Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока: «Зная величины действующих в цепи э.д.с., внутренние сопротивления источников тока и сопротивления всех элементов цепи, рассчитать силы токов на каждом участке цепи и падение напряжения на каждом элементе».

   При решении этой задачи используются:

закон Ома для участка цепи

   ,                                                                 (1)

I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление участка;

закон Ома для полной цепи

 ,                                                                 (2)

I – сила тока,  - э.д.с. источника тока, R – сопротивление внешней цепи, r – внутреннее сопротивление источника тока.

   Непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров и несколько источников тока, производится с помощью двух правил  Кихгофа.  

    Любая точка в разветвленной цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом. При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, - отрицательным.

  Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сила токов, сходящихся в узле, равна нулю:

                                                                (3)

 Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с., встречающихся в контуре:

                                                            (4)



Описание стенда «Законы постоянного тока»

  В работе используется  стенд, состоящий из двух источников тока (гальванических элементов),  набора из четырёх резисторов  с известными сопротивлениями,  мультиметра и набора соединительных проводов.

При сборке электрических цепей необходимо обеспечить хороший контакт в каждом соединении.

Соединительные провода закручиваются под клеммы по часовой стрелке.

При измерении сил токов и напряжений щупы мультиметра должны быть плотно прижаты к клеммам. 

Измерения производятся при кратковременном замыкании цепи кнопкой.

Не следует длительное время оставлять цепь в собранном состоянии.

  Прежде всего, изучите правила измерений с помощью универсального электроизмерительного прибора – мультиметра.



Измерение, обработка и представление результатов измерений

Задание 1. Определение э.д.с.  источников тока

   

Э.д.с. источника тока можно с достаточно большой степенью точности измерить непосредственно с помощью вольтметра. Но при этом следует иметь в виду, что при этом измеряемое напряжение меньше истинного значения э.д.с. на величину падения напряжения на самом источнике тока.

,                                                  (5)

где U – показания вольтметра.

   Разница между истинным значением э.д.с. и измеренным напряжением при этом равна:

.                                                    (6)

   При этом относительная погрешность измерения э.д.с. равна:

                                                 (7)

  Обычно сопротивление источника тока (гальванического элемента) равно несколько Ом (например, 1Ом). Если даже  сопротивление вольтметра мало (например, 100 Ом), то и в этом случае погрешность прямого измерения э.д.с. составляет всего  1%. Хороший вольтметр, в том числе используемый в мультиметре, имеет сопротивление порядка 106 Ом. Ясно, что при использовании такого вольтметра можно считать, что показание вольтметра практически равно измеряемой э.д.с источника тока.

1. Подготовьте мультиметр к измерению постоянного напряжения до 2 В.

2. Не вынимая гальванические элементы из креплений, измерьте и запишите их э.д.с. с точностью до сотых долей вольта.

3. Э.д.с. величина всегда положительная. Соблюдайте полярность при подключении мультиметра к источникам тока. Красный щуп мультиметра присоединяется к  «+» источника тока. 



Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока

    Внутреннее сопротивление источника тока можно вычислить с помощью закона Ома:

  .                                                            (8)

1. Подготовьте мультиметр для измерения силы постоянного тока до 10(20) А.                                                              

2. Составьте электрическую цепь из последовательно соединенного источника тока, резистора (одного из набора)  и амперметра.

3. Измерьте силу тока в цепи.

4. Рассчитайте и запишите величину внутреннего сопротивления источника.

5. Аналогичные измерения проделайте для другого элемента.



Задание 3. Расчёт  электрической  цепи  постоянного тока

1. Соберите электрическую цепь по схеме, предложенной преподавателем (схемы 1-7).

2. Зачертите схему в отчет по работе и укажите номиналы выбранных резисторов.

3. С помощью правил Кирхгофа рассчитайте силы токов во всех ветвях цепи. Вычислите падения напряжений на каждом резисторе. 

4. С помощью мультимета измерьте силу тока в доступном для измерения месте. Измерьте падение напряжения на каждом резисторе.

5. В выводе сравните измеренные и расчетные значения и укажите причины возможных расхождений.



Задание 4. Соединение источников тока в батареи

1. Источники тока могут соединятся в батареи двумя основными способами: параллельно и последовательно. Если источники соединяются последовательно, то их э.д.с. и внутренние сопротивления складываются:

                                       (9)

   При параллельном соединении одинаковых источников тока общая э.д.с. батареи равна э.д.с. одного источника, а внутреннее сопротивление батареи в n раз меньше внутреннего сопротивления одного источника тока:

                                                    (10)

  Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются обе схемы соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих соединениях. В выводе сравните расчетные и измеренные значения. 





Отчет по лабораторной работе № 3

Изучение применения закона Ома для расчета цепей постоянного тока

выполненной учащимся школы «Поиск»



…………………………………………………………………………………

«…….»………….. 200….



Задание 1. Определение э.д.с.  источников тока



Первый источник тока 1 = ……… В



Второй источник тока 2 = ……… В



Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока



Первый источник тока



R = ……… Ом,      I = ………  А,  r1 = ……… Ом



Второй источник тока



R = ……… Ом,      I = ………  А,  r2 = ……… Ом



Таблица 1





I1, А



I2, А



I3, А



U1, В



U2, В



U3, В



Вчисленные значения













Измеренные

значения















Вывод: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………