Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Вінницький національний технічний університет
Інститут Інформаційних Технологій та Комп’ютерної Інженерії
Кафедра Комп’ютерних Наук
Лабораторна робота №1
ЗАКОНИ ОМА І КІРХГОФА. ПОТЕНЦІАЛЬНА ДІАГРАМА
м.Вінниця 2013
Лабораторна робота №1
ЗАКОНИ ОМА І КІРХГОФА. ПОТЕНЦІАЛЬНА ДІАГРАМА
Мета роботи: експериментально перевірити закони Ома і Кірхгофа та побудувати потенціальні діаграми замкнених контурів електричних кіл.
Теоретичні положення
Електромагнітні процеси в електричних колах описуються за допомогою понять про струм, напругу (або різницю потенціалів), ЕРС і підкоряються законам Ома і Кірхгофа. Такий опис є приблизним і потребує експериментальної перевірки.
Закон Ома встановлює зв’язок між напругою і струмом нерозгалуженої ділянки кола.
В загальному випадку ділянка може мати кілька опорів і ЕРС, з’єднаних послідовно ( рис.1.1).
Рисунок 1.1.
Закон Ома для зображеної ділянки кола (рис.1.1.) запишеться як
де ― напруга на ділянці;
― алгебраїчна сума ЕРС ділянки;
― арифметична сума опорів на ділянці.
Для окремих ділянок аb, ас, df чи інших, показаних на рис.1.1, закон Ома записується аналогічно:
для ділянки аb ;
для ділянки ас ;
для ділянки df ;
Перший закон Кіргхофа стверджує, що алгебраїчна сума струмів у вітках, що сходяться в вузлі кола, рівна нулю. Для вузла кола, показаного на рис.1.2, цей закон запишеться так:
.
Мал.1.2.
В загальному випадку перший закон Кірхгофа записують в вигляді ,
де ― знак алгебраїчної суми,
m ― число віток, що підходять до вузла.
Другий закон Кірхгофа стверджує, що алгебраїчна сума напруг на всіх ділянках замкненого контура рівна нулю.
Рисунок.1.3
Для контура кола (рис.1.3) другий закон Кірхгофа записується так:
.
Якщо врахувати, що то цей закон запишеться в іншій відомій формі -
.
В загальному випадку другий закон Кірхгофа записують у вигляді
і складають по всіх ділянках замкненого контура, або складають зліва за кількістю ЕРС, а справа – за кількістю пасивних ділянок контура.
Потенціальна діаграма показує як змінюється потенціал вздовж кола і є графічною ілюстрацією другого закону Кірхгофа. На ній по осі ординат відкладаються потенціали точок контура, а по осі абсцис – опори контура.
На рис.1.4 показана потенціальна діаграма контура кола, зображеного на рис.1.3. Обхід контура виконується за годинниковою стрілкою.
Рисунок 1.4
Порядок виконання роботи
1. Зібрати коло згідно рис.1.5, де Е1 – ЕРС джерела постійної напруги 20В, а Е2 – ЕРС джерела регульованої постійної напруги (8-12В-за вказівкою викладача). R01 та R02 – внутрішні опори джерел.
Рисунок 1.5.
2. При вимкненому вимикачі Р3 і ввімкнених вимикачах Р1 і Р2 виміряти струм, потенціали та напруги. Прийнявши потенціал однієї з точок кола (по розпорядженню викладача) рівним нулю, виміряти потенціали інших точок кола.
Результати вимірювань занести в табл.1.1.
3. При ввімкнених вимикачах Р1, Р2 і Р3 виміряти струми в
вітках і напруги на ділянках кола.
Результати вимірювань занести в табл.1.2.
Таблиця1.1
I
φа
φб
φв
φг
φд
φе
Uаб
Uбв
Uвг
Uгд
Uде
Uеа
мА
В
18
-4
-2
-1
-12
-15
-16
3,8
1,3
10,8
2,9
1,9
-20,2
вимірювання
обчислення
Таблиця1.2
I1
I2
I3
Uаб
Uбв
Uвг
Uгд
Uде
Uеа
мА
В
-22
7,1
15
-4,5
-1,5
10,5
5,6
3,7
-19,6
4. Визначити значення опорів R1-R5 за результатами дослідів п.п.2,3 або виміряти їх омметром.
5. Виміряти ЕРС джерел Е1 та Е2 за схемою рис.1.6.
6. Для кожного джерела зібрати коло (рис.1.7), взявши за значення опору RН опір R5.
За результатами вимірювань визначити внутрішні опори джерел Е1 та Е2.
Результати вимірювань та обчислень занести в табл.1.3.
Рисунок ...
