Навчальне видання Дослідження лінійних електричних кіл постійного струму (послідовне, паралельне та змішане сполучення елементів): Інструкція та методичні настанови до лабораторної роботи № 01 із дисципліни «Електротехніка» для студентів інженерно-технічних спеціальностей. Укладачі: [ім’я автора приховано] [ім’я автора приховано] [ім’я автора приховано] Редактор Г.С. Клим МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ (ПОСЛІДОВНЕ, ПАРАЛЕЛЬНЕ ТА ЗМІШАНЕ СПОЛУЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ) ІНСТРУКЦІЯ ТА МЕТОДИЧНІ НАСТАНОВИ до лабораторної роботи № 01 із дисципліни “Електротехніка” для студентів інженерно-технічних спеціальностей Затверджено на засіданні кафедри теоретичної та загальної електротехніки Протокол № 2, 5 вересня 2002 р. ЛЬВІВ 2002 Дослідження лінійних електричних кіл постійного струму (послідовне, паралельне та змішане сполучення елементів): Інструкція та методичні настанови до лабораторної роботи № 01 із дисципліни «Електротехніка» для студентів інженерно-технічних спеціальностей / Укл. В. Коруд, Т. Рижий, В. Горячко. – Львів: НУ «Львівська політехніка». – 8 с. Укладачі: В. Коруд, канд. техн. наук, доцент Т. Рижий, асистент В. Горячко, канд. техн. наук, асистент Відповідальний за випуск: П. Стахів, доктор техн. наук, професор Рецензент: B. Чабан, доктор техн. наук, професор Оброблення результатів експериментів. 1. Значення опору Rвн обчислити за виразом U=E-RвнІ. Використовуючи закон Ома та виміряні значення напруг і струмів визначити величини опорів резисторів R1, R2, R3. 2. Величини електричних провідностей паралельно з’єднаних елементів визначити за виразом G=I/U, тобто G=1/R. Еквівалентну провідність визначити як суму провідностей паралельних віток
3. Потужності окремих резисторів і всього кола визначити за виразом P=RI2 або P=U2G. 4. За результатами вимірювань (табл. 3) побудувати на одній координатній площині вольт-амперні характеристики (ВАХ) U12(I2), U12(I3), U1(I1). 5. Для однакових значень напруг, додаючи значення струмів, побудувати ВАХ U23(I2+І3) паралельно злучених елементів R2 і R3. 6. Для однакових значень струмів, додаючи значення напруг, побудувати ВАХ пасивної ділянки схеми електричного кола U1+U23 в залежності від І1. 7. Використовуючи графічні побудови пп. 4-6 та результати вимірювань (табл. 3) переконатися в справедливості І та ІІ законів Кірхгофа для схеми (рис. 5). 8. За результатами досліджень скласти висновки по лабораторній роботі. Висновки. Записати баланс потужності для наведених схем електричних кіл. Подати основні особливості послідовного, паралельного та змішаного сполучення елементів. Подати висновок про експериментальну достовірність законів Кірхгофа та вказати величину похибки вимірювання. Контрольні питання. 1. Cформулювати І закон Кірхгофа. 2. Cформулювати ІІ закон Кірхгофа. 3. Яке сполучення елементів називають послідовним? 4. Вказати особливість паралельного сполучення елементів. 5. Яка відмінність між ідеальним і реальним джерелами напруги? 6. Вказати відмінність між U та E джерела напруги. 6. Подати ВАХ ідеального та реального джерела напруги. 7. Як за ВАХ визначити еквівалентні параметри вітки? 8. Для двох опорів, сполучених послідовно та паралельно, порівняти спожиту потужність. Література. Перхач В.С. Теоретична електротехніка. – Київ: Вища школа. – 1992. – 439 с. Вартабедян В.А. Загальна електротехніка. – К.: Вища школа. – 1986.–328 с. Малинівський С.М. Загальна електротехніка. – Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”. – 2001. – 596 с. Таблиця. 2 Вимірена величина Обчислена величина  U I I1 I2 I3 G1 G2 G3 Gсх P1 P2 P3 Pсх  B A A A A Cм Cм Cм Cм Вт Вт Вт Вт                 2.7. На підставі виміряних величин перевірити рівняння першого закону Кірхгофа. 2.8. Зібрати електричне коло за схемою рис.5. 2.9. Змінюючи напругу живлення з інтервалом 5 В, провести вимірювання струмів і напруг на ділянках кола. Результати вимірювань занести в табл. 3. Таблиця. 3 № ви-мір. Вимірювання Обчислення   U U1 U23 I1 I2 I3 R1 R2 R3 Rсх P1 P2 P3 Pсх   B B B A A A Ом Ом Ом Ом Вт Вт Вт Вт  1                2                3                4                5                 2.10. На підставі виміряних величин перевірити рівняння законів Кірхгофа. Лабораторна робота №01 Дослідження лінійних електричних кіл постійного струму (послідовне, паралельне та змішане сполучення елементів) Мета роботи: виявлення особливостей електричних кіл постійного струму при різному виді сполучення елементів і експериментальна перевірка законів Кірхгофа. Основні відомості. Сукупність пристроїв для отримання, пересилання, розподілу та споживання електричної енергії називають електричним колом. Електричне коло постійного струму (рис. 1) складається з джерела електричної енергії, яке характеризується внутрішнім опором Rвн, електрорушійною силою (ЕРС) Е та напругою U на затискачах, споживача електричної енергії R, який перетворює електричну енергію в теплову і проводів з опором Rпр, які з’єднують джерело зі споживачем. При виконанні лабораторних робіт електричний опір з’єднувальних провідників не враховують (Rпр=0). Взаємозв’язок між ЕРС, напругами, струмами та опорами визначається законом Ома та законами Кірхгофа, за допомогою яких проводиться аналіз кола. У відповідності до узагальненого закону Ома струм визначається: I=E/(R+Rвн) Залежність між струмом і напругою пасивного елемента схеми (який не містить джерела енергії): I=UR/R. Для змішаного сполучення споживачів електричної енергії, коли одна частина споживачів з’єднана паралельно, а інша – послідовно (рис. 2), визначити струми можна за законами Кірхгофа. Оскільки рівняння за першим законом Кірхгофа є вузловими, а за другим законом Кірхгофа – контурними, то необхідно обумовити що вважають віткою, вузлом і контуром. Вітка – це послідовне сполучення будь-якої кількості елементів в схемі електричного кола, через які протікає один і той же струм. Тобто - це частина електричної схеми між двома вузлами. Вузол – це точка розгалуження електричного кола, де сходиться три і більше віток (провідників). Контур (замкнений) – це будь-яке замкнене окреслення в схемі електричного кола, яке виконується по віткам в електрично замкнених контурах або по напругам. Кількість рівнянь на підставі І закону Кірхгофа визначається як q-1 – кількість незалежних вузлів (де q – кількість вузлів схеми). На підставі ІІ закону Кірхгофа складають решту n=p-(q-1) рівнянь (де n – кількість незалежних контурів, р – кількість віток схеми). У відповідності до першого закону Кірхгофа алгебрична сума струмів у вузлі електричного кола дорівнює нулю (
). З урахуванням цього виразу для струмів наведеної схеми І-І1-І2=0. Згідно з другим законом Кірхгофа алгебрична сума спадів напруг в будь-якому замкненому контурі дорівнює алгебричній сумі ЕРС (напруг джерел живлення)(
). В іншій формі цей закон записують так: алгебрична сума напруг в будь-якому замкненому контурі дорівнює нулю
. Для двох лінійно незалежних контурів, вказаних на схемі рис. 2 отримаємо:
або
Підготовка до виконання лабораторної роботи. Знати мету та програму проведення експериментів. Для всіх схем, що досліджуватимуться, записати рівняння за законами Кірхгофа. Порядок виконання роботи 1. Ознайомитись з лабораторним стендом і вимірювальними приладами. Для стрілкових вимірювальних приладів визначити ціну поділки. 2. Зібрати електричне коло за схемою рис. 3. 2.1. Для неробочого режиму джерела енергії виміряти величину Е та записати в табл. 1. 2.3. Виміряти струм та напруги для всіх ділянок кола. Результати вимірювань занести в табл. 1. 2.4. Для даної схеми перевірити попередньо записане рівняння за другим законом Кірхгофа. Таблиця 1 Вимірена величина Обчислена величина  E I U U1 U2 U3 Rвн R1 R2 R3 Rсх P1 P2 P3 Pсх  B A B B B B Ом Ом Ом Ом Ом Вт Вт Вт Вт                   2.5. Зібрати електричне коло за схемою рис. 4. 2.6. Виміряти напругу віток та струми всіх ділянок кола. Результати вимірювань записати в табл. 2.