Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 4, подключив часть катушки индуктивности (клеммы 1-2) к источнику постоянного тока. Обозначения на рис. 4: SА - выключатель, RP - реостат, PA - амперметр, PV - вольтметр, L - катушка индуктивности.

Рис. 4

После проверки электрической цепи преподавателем

И разрешения с его стороны

2. При нулевом положении регулятора тока на лицевой панели источника питания (реостата RP на рис. 4, встроенного в источник питания) включить источник питания. При разных положениях регулятора тока RP определить значения постоянного напряжения U спомощью вольтметра PV и силы тока I спомощью амперметра РА. После окончания измерений вернуть положение регулятора тока на нуль.

Обратить внимание, что вольтметр РV и амперметр РА имеют отдельные шкалы для постоянного (-) и переменного (~) тока. Кроме этого, данные приборы являются многопредельными, поэтому необходим пересчет измеренных значений напряжения и тока с учетом выбранного предела измерения, который написан над соответствующей клеммой.

Измеренные и пересчитанные данные напряжения и силы тока занести в таблицу.

3. Включить всю обмотку катушки индуктивности (клеммы 1 и 3) и повторить измерения по п. 2.

4. Подключить источник переменного тока и для катушки индуктивности (клеммы 1 и 3) при разных положениях регулятора тока RP на лицевой панели блока питания измерить значения переменного напряжения спомощью вольтметра PV и тока спомощью амперметра РА. После окончания измерений вернуть положение регулятора тока на нуль. Измеренные и пересчитанные данные занести в таблицу.

5. Подключить часть катушки индуктивности (клеммы 1 и 2) и повторить измерения по п. 4.

6. Провести расчет параметров R, Z, L для полной катушки индуктивности и ее части.

7. Найти абсолютную <DL> и относительную d_L погрешности измерения индуктивностей полной катушки 1-3 и ее части 1-2.

8. Сделать выводы по работе и записать их в отчет. Результат записать в виде:

L=<L> ± <DL>.

Таблица

Контрольные вопросы

1. Что такое индуктивность катушки? От чего она зависит?

2. Дать определение единицы индуктивности в СИ.

3. Какой ток называется переменным током? Нарисуйте график изменения его во времени.

4. Какой физический смысл имеет индуктивное сопротивление? Написать формулу для определения индуктивного сопротивления.

5. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца.

6. Явление самоиндукции.

7. Что такое схема замещения? Нарисовать ее для идеальной и реальной катушки индуктивности.

8. Волновая диаграмма для реальной катушки индуктивности в цепи переменного синусоидального тока.

9. Векторная диаграмма напряжений для реальной катушки индуктивности в цепи переменного синусоидального тока.

10. Треугольник сопротивлений, полное сопротивление реальной и идеальной катушки индуктивности.

10. Что называется действующим значением напряжения, тока?

11. Напишите формулу для определения угла сдвига фаз между током и напряжением в цепи с катушкой индуктивности. Чему равен угол сдвига фаз в идеальной катушке индуктивности?

Рекомендуемая литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1994. § 122, 126, 130, 149.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. М: Наука, 1978. Т. 2. § 60, 64, 67, 92.

3. Грабовский Р.И. Курс физики. С-Пб.: Лань, 2002. Часть П, § 33, 34, 37.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-03

Исследование электрических цепей

И проверка законов Кирхгофа

Цель работы: изучить методику практического использования закона Ома в реаль-

ных электрических цепях, проверить выполнение законов Кирхгофа

в разветвленной цепи.

Приборы и принадлежности: амперметры, вольтметры, электри­ческие лампы нака-

ливания, соединительные провода.

Теория работы

Немецким физиком Густавом Кирхгофом (1824-1887 гг.) были сформулированы два закона для разветвленных электрических цепей.

1-й закон: сумма токов, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю, или сумма токов, притекающих к узлу электрической цепи, равна сумме токов, вытекающих из этого узла:

, (1)

где I_i – ток отдельной ветви, подключенной к узлу электрической цепи; n - число ветвей.

Узлом электрической цепи называют место электрического соединения трех и более ветвей. Ветвь - участок цепи между соседними узлами с одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи.

Для применения первого закона Кирхгофа необходимо выбрать направления

токов во всех ветвях цепи. Например, для узла С электрической цепи на рис. 2 на основании первого закона Кирхгофа для выбранного направления токов в ветвях можно записать следующие выражения (токи, притекающие к узлу, принято считать положительными, а токи, вытекающие из узла, отрицательными):

I-I₁-I₂-I₃= 0, (2)

или

I₁+I₂+I₃ = I. (3)

Первый закон Кирхгофа отражает принцип неразрывности электрического тока.

2-й закон: сумма ЭДС e_i в замкнутом электрическом контуре равна сумме падений напряжения U_j =I_jR_j на отдельных участках этого контура:

, (4)

где n - число источников ЭДС; m - число отдельных участков контура.

Контуром называется любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Для применения второго закона Кирхгофа к замкнутому контуру необходимо выбрать направление обхода контура (обычно по часовой стрелке). Слагаемые в правой части уравнения (падения напряжения) берутся со знаком «+», если направление обхода и ток на отдельном участке совпадают, и «-», если они противоположны. Слагаемые в левой части (ЭДС источников) берутся со знаком «+», если при обходе контура внутри источника потенциал повышается (идем от «-» к «+»), и со знаком «-», если потенциал понижается (идем от «+» к «-»).

Например, для замкнутой цепи на рис. 3, в которой протекает ток I, при выборе направления обхода по часовой стрелке и с учетом того, что ток через вольтметр РV с большим внутренним сопротивлением не протекает, второй закон Кирхгофа принимает вид:

U = U₁ +U₂ = R₁I + R₂₃I, (5)

где U - напряжение источника питания; U₁ = R₁I- падение напряжения на сопротивлении R₁; U₂ =R₂₃I - падение напряжения на участке контура из параллельно соединенных сопротивлений R₂ и R₃, имеющего эквивалентное сопротивление .

Немецкий ученый Георг Ом (1787–1854 гг.) сформулировал закон для участка цепи: сила электрического тока I, протекающего по участку электрической цепи, прямо пропорциональна напряжению U, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна величине сопротивления R этого участка:

. (6)

Для полной цепи закон Ома принимает следующий вид:

, (7)

где R - сопротивление внешней цепи; r - внутреннее сопротивление источника тока.

Помимо законов Кирхгофа в лабораторной работе проверяются правила сложения сопротивлений при их последовательном (рис. 1 а) и параллель­ном (рис. 1 б) соединениях.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: