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, e - 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.
1.     При сборке электрических цепей необходимо обеспечить хороший контакт в каждом соединении.
2.     Соединительные провода закручиваются под клеммы по часовой стрелке.
3.     При измерении сил токов и напряжений щупы мультиметра должны быть плотно прижаты к клеммам.
4.     Измерения производятся при кратковременном замыкании цепи кнопкой.
5.     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 e₁ = ……… В
Второй источник тока e₂ = ……… 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: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………