Лабораторна робота

ВИВЧЕННЯ ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНУ ОМА ДЛЯ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Мета роботи:
Поглиблення знань про закон Ома для ділянки кола і про закон Ома для повного кола. Застосування правил Кірхгофа для розрахунку кіл постійного струму.
Обладнання: навчально-лабораторний стенд «Закони постійного струму», мультиметр, три-чотири резистора з відомими опорами, два гальванічні елементи різних типів, з'єднувальні дроти.
Введення
Постановка завдання про розрахунок ланцюга постійного струму: «Знаючи величини діючих в ланцюзі е.р.с., внутрішні опору джерел струму і опору всіх елементів ланцюга, розрахувати сили струмів на кожній ділянці ланцюга і падіння напруги на кожному елементі».
При вирішенні цього завдання використовуються:
закон Ома для ділянки кола
, (1)
I - сила струму, U - напруга на ділянці кола, R - опір ділянки;
закон Ома для повного кола
, (2)
I - Сила струму, e - е.р.с. джерела струму, R - опір зовнішнього ланцюга, r - внутрішній опір джерела струму.
Безпосередній розрахунок розгалужених ланцюгів, що містять кілька замкнутих контурів і кілька джерел струму, здійснюється з допомогою двох правил Кіхгофа.
Будь-яка точка у розгалуженій ланцюга, в якій сходиться не менше трьох провідників зі струмом, називається вузлом. При цьому струм, що входить у вузол, вважається позитивним, а струм, що виходить з вузла, - негативним.
Перше правило Кірхгофа: алгебраїчна сила струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю:
(3)
Друге правило Кірхгофа: у будь-якому замкнутому контурі, довільно вибраному у розгалуженій ланцюга, алгебраїчна сума добутків сил струмів на опору відповідних ділянок цього контуру дорівнює алгебраїчній сумі е.р.с., що зустрічаються в контурі:
(4)

Опис стенду «Закони постійного струму»

У роботі використовується стенд, що складається з двох джерел струму (гальванічних елементів), набору з чотирьох резисторів з відомими опорами, мультиметра і набору сполучних проводів.
1. При складанні електричних ланцюгів необхідно забезпечити хороший контакт у кожному з'єднанні.
2. Сполучні дроти закручуються під клеми за годинниковою стрілкою.
3. При вимірі сил струмів і напруг щупи мультиметра повинні бути щільно притиснуті до клем.
4. Виміри проводяться при короткочасному замиканні ланцюга кнопкою.
5. Не слід тривалий час залишати ланцюг в зібраному стані.
Перш за все, вивчіть правила вимірювань за допомогою універсального електровимірювального приладу - мультиметра.
Вимірювання, обробка та представлення результатів вимірювань
Завдання 1. Визначення е.р.с. джерел струму

Е.р.с. джерела струму можна з досить великим ступенем точності виміряти безпосередньо за допомогою вольтметра. Але при цьому слід мати на увазі, що при цьому вимірюється напруга менше істинного значення е.р.с. на величину падіння напруги на самому джерелі струму.
, (5)
де U - показання вольтметра.
Різниця між істинним значенням е.р.с. та виміряним напругою при цьому дорівнює:
. (6)
При цьому відносна похибка вимірювання е.р.с. дорівнює:
(7)
Зазвичай опір джерела струму (гальванічного елемента) дорівнює декілька Ом (наприклад, 1ом). Якщо навіть опір вольтметра мало (наприклад, 100 Ом), то і в цьому випадку похибка прямого вимірювання е.р.с. складає всього »1%. Хороший вольтметр, у тому числі використовується в мультиметри, має опір близько 10 ⁶ Ом. Ясно, що при використанні такого вольтметра можна вважати, що показання вольтметра практично дорівнює вимірюваної е.р.с. джерела струму.
1. Підготуйте мультиметр до вимірювання постійної напруги до 2 В.
2. Не виймаючи гальванічні елементи з кріплень, виміряйте і запишіть їх е.р.с. з точністю до сотих часток вольта.
3. Е.р.с. величина завжди позитивна. Дотримуйтесь полярності при підключенні мультиметра до джерел струму. Червоний щуп мультиметра приєднується до «+» джерела струму.
Завдання 2. Вимірювання внутрішнього опору джерел струму
Внутрішній опір джерела струму можна обчислити за допомогою закону Ома:
. (8)
1. Підготуйте мультиметр для вимірювання сили постійного струму до 10 (20) А.                                                              
2. Складіть електричне коло з послідовно з'єднаного джерела струму, резистора (одного з набору) і амперметра.
3. Виміряйте силу струму в ланцюзі.
4. Розрахуйте і запишіть величину внутрішнього опору джерела.
5. Аналогічні вимірювання проробіть для іншого елемента.
Завдання 3. Розрахунок електричного кола постійного струму
1. Складіть електричне коло за схемою, запропонованою викладачем (схеми 1-7).
2. Зачертіте схему в звіт по роботі і вкажіть номінали вибраних резисторів.
3. За допомогою правил Кірхгофа розрахуйте сили струмів у всіх гілках ланцюга. Обчисліть падіння напруг на кожному резисторі.
4. За допомогою мультімета виміряйте силу струму в доступному для вимірювання місці. Виміряйте падіння напруги на кожному резисторі.
5. У висновку порівняйте виміряні і розрахункові значення та вкажіть причини можливих розбіжностей.
Завдання 4. З'єднання джерел струму в батареї
1. Джерела струму можуть з'єднаються в батареї двома основними способами: паралельно і послідовно. Якщо джерела з'єднуються послідовно, то їх е.р.с. і внутрішні опору складаються:
(9)
При паралельному з'єднанні однакових джерел струму загальна е.р.с. батареї дорівнює е.р.с. одного джерела, а внутрішній опір батареї в n разів менше внутрішнього опору одного джерела струму:
(10)
Зберіть ланцюга за схемами 8, 9, в яких реалізуються обидві схеми з'єднання. Розрахуйте і виміряйте силу струму в колі при цих сполуках. У висновку порівняйте розрахункові і виміряні значення.

Звіт з лабораторної роботи № 3
Вивчення застосування закону Ома для розрахунку кіл постійного струму
виконаної учням школи «Пошук»
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
«... ....» ... ... ... ... .. 200 ....
Завдання 1. Визначення е.р.с. джерел струму
Перше джерело струму e ₁ = ... ... ... У
Друге джерело струму e ₂ = ... ... ... У
Завдання 2. Вимірювання внутрішнього опору джерел струму
Перше джерело струму
R = ... ... ... Ом, I = ... ... ... А, r ₁ = ... ... ... Ом
Друге джерело струму
R = ... ... ... Ом, I = ... ... ... А, r ₂ = ... ... ... Ом
Таблиця 1

	I 1, А	I 2, А	I 3, А	U 1, В	U 2, В	U 3, В
Вчісленние значення
Виміряні значення

Висновок: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...