Изучение параллельного соединения сопротивлений

Цель работы. Научиться собирать электрические цепи по задан­ной схеме, подбирать измерительные приборы и практически изу­чить распределение токов в параллельных ветвях.

План работы.

1.Ознакомиться с токоприемниками и источни­ком тока. Записать напряжение источника.

2. Проверить соответствие измерительных приборов режимам, которые будут в цепи.

3.Собрать цепь (рис.5), сделать необходимые измерения, ре­зультаты записать в таблицу 4.

4.  Провести вычисления, сравнить результаты и сделать вы­воды.

Таблица  4

 

 

 

№ п/п	Измеряются					Вычисляются
	U	I1	I2	I3	I	R1	R2	R3	g	∑I
	в	а	а	а	а	ом	ом	ом	сим	а

 

Пояснения к работе. Оценив сопротивления токоприемников и зная напряжения источника тока, определить ориентировочно значение тока в каждом токоприемнике. Если он не превосходит допустимой для данного токоприемника величины, выбрать ампер­метр с таким расчетом, чтобы найденный ток составлял 80—90% номинального тока амперметра. Если же найденный ток превосхо­дит допустимый, то амперметр подбирать по току, допустимому для данного участка. Так же подобрать амперметры для других участков.

Амперметр в неразветвленном участке и реостат подобрать по сумме токов в участках. Сопротивление реостата выбрать, как и в предыдущих работах.

После сборки цепи и провер­ки ее руководителем ввести рео­стат полностью и подключить цепь к источнику тока. Сопро­тивление реостата уменьшать до тех пор, пока ток в одном из то­коприемников не достигнет мак­симально допустимой величины или реостат не окажется полностью выведенным.

 

.

 

Рис. 5. Параллельное соединение сопротивлений.

 

Показания приборов, соответствующие этому положению движка реостата, записать в таблицу4. Эти измере­ния повторить дважды при меньших значениях тока.

По результатам измерений подсчитать сопротивления токопри­емников, проводимость всей цепи (по показаниям приборов), сум­му токов в участках и их средние значения по результатам прове­денных опытов. Сделать вывод, в каком сопротивлении течет наи­больший ток. Проверить уравнения I= I₁ + I₂ + I₃; g =  ,  При наличии расхождений объяснить их причины.

Дополнительный материал к работе.

Параллельное соединение сопротивлений. Параллель­ным называют такое соединение, при котором начала всех сопро­тивлений соединены в одной точке, концы — в другой, а ток раз­ветвляется по отдельным сопротивлениям (рис.5). Параллельная цепь обладает следующими свойствами.

1. Напряжение на параллельно соединенных участках одно и то же, то есть U₁ = U₂ = U₃=U, так как все параллельно соединенные участки подсоединены к одним и тем же зажимам А и В, напряже­ние между которыми и является напряжением на отдельных участках.

2. Сумма токов отдельных ветвей равна току до разветвления, то есть I = I₁ + I₂ + I₃- Это свойство объясняется тем, что электроны в узловой точке накапливаться не могут.

3. Токи в параллельных ветвях обратно пропорциональны, вели­чинам сопротивлений этих ветвей.

На основании закона Ома, для первого участка:

 

                               I₁ =

 

Аналогично для второго и третьего участков:

 

I₂ = и I₃ =  

 

Отсюда, разделив первое уравнение на второе, а второе на третье, получим:

 

после сокращения правых частей уравнений на U

 

 

 

4. Эквивалентная проводимость параллельной цепи равна сумме проводимостей отдельных параллельных ветвей.

Действительно, согласно закону Ома для участка цепи и на ос­новании второго свойства,

 

После сокращения обеих частей уравнения на U

 

или

                                                g = g₁ + g_{2 +} g₃,                                         

                                                                                                                                                                                                                                                                                                     где g—эквивалентная проводимость параллельной цепи;

 R — эквивалентное сопротивление параллельной цепи.

Если параллельно соединены два сопротивления, то

 

Откуда

R=

Таким образом, эквивалентное сопротивление параллельной це­пи подсчитывают через проводимость, и лишь в случае параллель­ного соединения двух сопротивлений можно воспользоваться пос­ледней формулой.

 

Смешанное соединение соп­ротивлений. Смешанным называется такое соединение, при котором часть сопротив­лений, входящих в цепь, сое­динена последовательно, а часть — параллельно.

 

 

 

Рис. 6. Схема цепи со смешанным соединением сопротивлений.

 

Видов смешанных соединений мо­жет быть очень много. На рисунке 6 изображена сме­шанная цепь, которая представляет собой три последовательных участка, соединенных парал­лельно.

 

Конкретного способа решения смешанных цепей указать нельзя из-за их большого разнообразия, но в общем случае сначала е следует решить последовательно соединенные участки, а потом — па­раллельные или наоборот.

Напряжение на зажимах внешнего участка  U=IR=4·4=16в

 

Ток в верхней ветви

 

I₁=

                                         

Ток в средней ветви

I₂=

 

Ток в нижней ветви

I₃=

 

Падение напряжения внутри генератора U₀=E—U=24—16=8  В.

 

 

Технологическая карта№4

 Измерение работы и мощности в цепи постоянного тока.

Цель работы – ознакомиться с методами измерения работы и мощности в цепи постоянного тока и научиться для этой цели правильно включать в цепь электроизмерительные приборы.

Пояснение. Если ламповый реостат с сопротивлением R находиться под напряжением U, и по нему проходит ток, то за время t в нем выделяется энергия, которую можно подсчитать по формуле:

W=IUt=U² t\ R=I² R t

Мощность – это работа (энергия) совершенная в единицу времени

P = W / t.= I * U

Измеряют мощность ваттметром. Для измерения мощности постоянного тока достаточно вольтметра и амперметра. Для измерения работы электрического тока применяют счетчик электрической энергии. Счетчики измеряют работу в киловатт – часах.

Работу электрического тока можно определить, измеряя мощность вольтметром и амперметром, а время секундомером.

 

Оборудование и аппаратура.

амперметр постоянного тока на 3А	1шт.
Вольтметр постоянного тока на 150 В.	1 шт.
Патроны с лампочками накаливания 110 В, 100Вт.	3 шт.
Провода соединительные площадью сечения 1,5 мм^2длиной 1,5 м	9шт.
Рубильник двухполюсный на 25 А, 250В	1шт.
Источник постоянного тока напряжением 115 В.

 Порядок выполнения работы.

1.Ознакомиться со схемой измерения и приборами.

2.Собрать схему (рис 7 а), подключить ее к сети, и записать показания приборов в таблицу.

3. Вычислить мощность и энергию (работу)

     4. Собрать схему (рис  7 б), включить ее в сеть и записать показания в

        таблицу.

      5. Вычислить мощность и энергию.

 6.Составить отчет.

 

 

                     а                                                             б

Рис7. Измерение мощности в цепи постоянного тока при включении потребителей:

а – последовательно б - параллельно

 

соединенение	измерено		вычислено
	I. А.	U. В.	R. Ом	P. Вт.	t. с	W. дж.
Последователь- ное
Параллельное

 

 

  Содержание отчета.

1. Наименование отчета.

2. параметры электроизмерительных приборов.

3. Электрические схемы измерения работы и мощности.

4. Таблица с измеренными и вычисленными величинами.

5. Формула для вычисления работы и мощности в цепи постоянного тока.

 

Контрольные вопросы.

1. Что такое работа и мощность в электрической цепи, и в каких единицах их измеряют?

2. Какими приборами измеряют мощность постоянного тока?

3. Какими приборами, и в каких единицах измеряют электрическую энергию?

 

Дополнительный материал к работе.