Последовательное, параллельное и смешанное соединения элементов на постоянном и переменном токах

Последовательное, параллельное и смешанное соединения элементов на постоянном и переменном токах

Цель работы: изучение способов включения элементов электрических цепей, экспериментальная проверка законов Ома и Кирхгофа, а также измерение основных электрических величин на постоянном и переменном токе.

Теоретические данные:

Мгновенные значения напряжения и тока характеризуют режим работы устройства и называются параметрами режима или характеристиками режима.

Величины R (Ом), L (Гн), C (Ф) зависят от свойств самого устройства, его конструкции и являются параметрами этого устройства.

Те или иные соединения этих элементов называются электрической цепью, а графическое изображение цепи — электрической схемой.

Электрическая схема представляет собой графическое изображение электрической цепи. Она показывает, как осуществляется соединение элементов рассматриваемой цепи. В электрической схеме соединения элементов образуют ветви, узлы, контуры.

Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами, по которым протекает один и тот же ток.

Узел есть место соединения 3-х или большего числа ветвей.

Контур есть любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям в электрической схеме.

Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называются параллельными.

ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1. Закон Ома

2. Первый закон Кирхгофа — закон баланса токов.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна 0.

= 0 Электрический заряд в узле не накапливается.

3. Второй закон Кирхгофа.

Алгебраическая сумма э.д.с. источников питания в любом контуре равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура.

электрический схема ток

4. Закон Джоуля-Ленца.

Энергия, выделяемая на сопротивлении R при протекании по нему тока I, пропорциональна произведению квадрата силы тока и величины сопротивления.

(джоулей) или (Втс)

1 Вт. час = 3600 дж

Режим постоянного тока.

Простыми цепями постоянного тока называются цепи при последовательном, параллельном и смешанном соединении приемников.

Если ток постоянный, то отсутствует явление самоиндукции, и напряжение на катушке индуктивности будет определяться только величиной падения напряжения на активном сопротивлении.

Если рассматривать конденсатор как идеальную емкость, то в цепи постоянного тока эта ветвь равносильна разомкнутой.

Постоянный ток через емкость не проходит.

Таким образом, в цепи постоянного тока остаются только источники э.д.с. или тока — активные элементы и приемники, резисторы — пассивные элементы.

Последовательное соединение приемников.

E = IR₁ + IR₂ + + IR_n = I (R₁ + R₂ + + R_n) = I R_экв

R_экв= R_i — при последовательном соединении сопротивления складываются Параллельное соединение приемников.

При параллельном соединение приемников напряжение на всех приемниках одинаково.

По закону Ома токи в каждой ветви

, … ,

По первому закону Кирхгофа общий ток

При параллельном соединении складываются проводимости.

Смешанное соединение — комбинация первых двух Измерение напряжения осуществляется вольтметром, подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.

Измерение тока осуществляется амперметром, включаемым последовательно с элементами исследуемой цепи.

Измерение мощности и сдвига фаз в цепях переменного тока производится с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которая включается последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.

На данных лабораторных стендах мощность, сдвиг фаз, сопротивление участка электрической цепи вычисляется компьютером по показаниям двух приборов — амперметра и вольтметра, подключенных к этому участку.

Ход работы:

Таблица 1: Схема с последовательно соединенными активными сопротивлениями

R₁=150 (Ом); R₂=330 (Ом).

Таблица 2: схема с параллельно соединенным активным сопротивлением

R₂=150 (Ом); R₃=470 (Ом).

Таблица 3: схема со смешанным соединением.

R₁=330 (Ом); R₂=150 (Ом); R₃=470 (Ом).

Проверка 1 закона Кирхгофа:

I₁ = I₂ + I₃=25,6+8,3=33,9 (33,8)

Проверка 2 закона Кирхгофа:

E = U₁ + U₂=11,1+4=15,1 (15)

Вывод В данной лабораторной работы мы изучили способы включения элементов электрических цепей; экспериментально проверили законы Ома и Кирхгофа, в результате проверки получили величину, отличную от теоретической на 0,1, данное отклонение объясняется не точным измерением.