 |
|
Источники ЭДС и тока
Лабораторная работа №1
«Экспериментальная проверка законов Кирхгофа
В резистивных цепях»
Выполнил: Писковацкий Н.Г.
Проверила: Чуенкова И.Ю.
Ставрополь 2012
Цель и содержание
Цель работы: Экспериментально изучить законы Кирхгофа для резистивных цепей, содержащих источники напряжения и тока. Убедиться в справедливости принципа наложения для линейных резистивных цепей.
Для достижения цели необходимо:
1. Исследовать внешние характеристики реальных источников напряжения и тока.
2. Экспериментально исследовать токораспределение в разветвленной резистивной цепи.
3. Исследовать разветвленную цепь методом наложения.
Указания по технике безопасности
1. Перед началом занятий в лаборатории необходимо ознакомиться с настоящими методическими указаниями и пройти инструктаж по «Технике безопасности для студентов, выполняющих учебные занятия в лабораториях кафедры теоретической и общей электротехники Северо – Кавказского государственного технического университета». Инструктаж фиксируется преподавателем в журнале. Студенты, не прошедшие инструктаж по технике безопасности, к работе не допускаются.
2. Перед началом сборки цепи следует убедиться в том, что стенд обесточен. Во время сборки схемы нужно прокладывать провода так, чтобы было меньше их пересечений. Использованные соединительные провода следует убрать с лабораторного стола. О включении напряжения следует предупредить всех членов бригады, совместно выполняющих эту работу.
3. Собранная цепь должна быть проверена преподавателем и может включаться только по его разрешению.
4. Все работы на установках должны производиться не менее чем двумя лицами.
5. Всякое изменение в схеме должно быть проверено преподавателем.
6. В ходе работы запрещается оставлять включенную схему без наблюдения.
7. После окончания испытания или при перерыве в работе схему отключают от сети.
8. При неисправностях в аппаратах, приборах, проводах схему отключить и известить об этом преподавателя.
9. Разборку схемы осуществлять только по разрешению преподавателя.
Теоретическое обоснование
Источники ЭДС и тока
Условные обозначения на схемах идеального источника ЭДС (источника напряжения) и идеального источника тока показаны на рисунке 1.
а) б)
Рисунок 1 – Условные обозначения идеальных источников:
а) ЭДС; б) тока
Идеальным источником ЭДС или источником напряжения называется источник постоянного или переменного напряжения, имеющий внутреннее сопротивление Ri = 0. Напряжение на его зажимах не изменяется при подключении к нему любого сопротивления нагрузки. При сопротивлении нагрузки RH = 0, подключенной к зажимам идеального источника ЭДС, в нагрузку потечет бесконечно большой ток.
Идеальный источник тока – это такой источник постоянного или переменного тока, который имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление. При любом сопротивлении нагрузки RH, подключенной к источнику тока, ток в нагрузке не зависит от ее сопротивления, т. е. остается постоянным.
Любой реальный источник энергии имеет внутреннее сопротивление Ri конечной величины. Поэтому реальный источник может быть изображен в виде схемы идеального источника ЭДС и последовательно включенного Ri (рисунок 2,а) или схемы идеального источника тока и параллельно включенного сопротивления Ri (рисунок 2,б). Схемы на рисунке 2 эквивалентны.
|
Рисунок 2 – Условное обозначение реальных источников, имеющих
внутреннее сопротивление
Реальные источники допустимо считать идеальными, если их характеристики отличаются от идеальных не более чем на 10%. Реальный источник (рисунок 2,а) является практически идеальным источником напряжения в тех случаях, когда сопротивление нагрузки RH превышает внутреннее сопротивление Ri на порядок. Аналогично, источником тока, близким к идеальному, является всякий реальный источник, схема замещения которого соответствует показанной на рисунке 2 б, а сопротивление нагрузки на порядок меньше внутреннего сопротивления Ri. Таким образом, на рисунке 2 при 
источник является практически идеальным источником тока, а при 
− идеальным источником напряжения.
Для определения параметров эквивалентных схем реальных источников собирают цепь, схема которой показана на рисунке 3. С помощью магазина резисторов RM сопротивление можно изменять в широких пределах.
Если RM разомкнуть (или установить его сопротивление достаточно большим), то ток в цепи будет близким к нулю, т. к. входное сопротивление электронного вольтметра велико, и током его входной цепи можно пренебречь. В этом случае вольтметр показывает напряжение холостого хода Uxx, численно равное ЭДС источника Е. Если сопротивление RM уменьшать, то ток в цепи начнет возрастать, падение напряжения на внутреннем сопротивлении увеличится, а на нагрузке уменьшится: 
. Если сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, то напряжение Uxx = E будет распределяться поровну между Ri и RM. Таким образом, сопротивление нагрузки, падение напряжения на которой составляет 0,5Е, равно внутреннему сопротивлению источника. Если подключить RM, при котором U = 0,5Uxx не представляется возможным, то в этом случае внутреннее сопротивление
,
где U – напряжение на RM.
Чем напряжение U ближе к 0,5 Uxx, тем выше точность измерения.
Внешней или нагрузочной характеристикой источника называют зависимость напряжения на зажимах источника от его тока. Внешняя характеристика реального источника может быть приближенно представлена прямой линией, проведенной через точки (U = 0, J = Jk) и (J = 0, U = Uxx).