Тема: Дослідження основних властивостей електричних кіл постійного струму.

Мета: практична перевірка основних законів та енергетичних співвідношень для електричних кіл постійного струму при послідовному і паралельному включенні джерел живлення і споживачів електроенергії.

Порядок виконання роботи

2.1. Запустіть Electronics Workbench за допомогою ярлика.

2.2. Завдання 1: Дослідити вплив величини ЕРС на величину струму при різних значеннях опору зовнішнього кола.

2.2.1. Складіть схему, наведену на рис. 2.1, яка дозволяє вивчити вплив величини напруги живлення на величину струму при різних значеннях опору зовнішнього кола.

2.2.2. Для складеної схеми шляхом зміни ЕРС Е від 10 V до 50 V із кроком 10 V виміряти значення струму І при R =10 Ohm, а потім при R =20 Ohm. Побудувати на єдиному сумісному графіку залежність I = f(U) при R = 10 Ohm і при R = 20 Ohm. Для всіх режимів перевірити справедливість закону Ома: I = U/R. Дані експерименту помістити в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1[3].

2.3. Завдання 2: Дослідити послідовне з’єднання джерел напруги.

2.3.1. Складіть схеми, що наведені на рис. 3.2 і які дозволяють вивчити способи включення джерел постійної напруги в електричному колі. Зробіть виміри значень струмів і напруг для двох схем. Поясніть, чому у двох пропонованих схемах значення струмів відрізняються при однакових значеннях опору R.

2.3.2. Замініть значення ЕРС всіх трьох джерел Е в обох схемах на: Е = 10 V; E = 20 V; E = 30 V. Зробіть відповідні виміри і отримані в досліді дані занесіть в таблицю 2.2. Як визначається сумарна ЕРС кількох послідовно з’єднаних джерел ?

Таблиця 2.2.

2.4. Завдання 3: Дослідити властивості паралельного з’єднання джерел напруги.

2.4.1. Складіть схему, що наведена на рис. 2.3.

2.4.2. Змінюючи одночасно і однаково величини ЕРС в кожній із двох паралельних віток, перевірте, що загальна ЕРС:

, де n, m – кількість ЕРС відповідно в першій та другій вітках схеми.

Поясніть необхідність паралельного з’єднання джерел ЕРС.

2.5. Завдання 4: Дослідити властивості послідовного з'єднання опорів.

2.5.1. Складіть схему, що наведена на рис. 2.4.

2.5.2. Змінюючи значення опорів будь-яких резисторів схеми і ЕРС Е пересвідчиться, що:

− загальний опір R_заг дорівнює сумі опорів послідовно з’єднаних резисторів;

− струм в усіх ділянках послідовного з’єднання однаковий і визначається за формулами І = E/R_заг = І_і = U_i /R_i (і = 1, 2, 3);

Рис. 2.4.

− падіння напруги на окремих резисторах пропорційне їх опорам, а сума падінь напруг на всіх послідовно з’єднаних резисторах дорівнює прикладеній до з’єднання напрузі;

− розрахуйте на підставі показань вимірювальних приладів потужність, що віддається джерелом у зовнішнє коло (Р = Е·І) і потужності, що виділяються на кожному резисторі схеми (Р_і = І ²·R_i = U_i²/R_i). Пересвідчиться, що при будь-яких параметрах елементів кола потужність, що віддається джерелом у зовнішнє коло дорівнює сумі потужностей, що виділяється в усіх споживачах.

2.6. Завдання 5: Дослідити властивості паралельного з’єднання опорів.

2.6.1. Складіть схему, що наведена на рис. 2.5.

Рис. 2.5.

2.6.2. Міняючи значення опорів резисторів R₁ і R₂, що включені у паралельні вітки, виміряти значення відповідних струмів І₁ і І₂ при різних значеннях ЕРС Е. Зробіть відповідні виміри і отримані в досліді дані занесіть в таблицю 2.3.

Таблиця 2.3.

2.6.3. Пересвідчиться, що при будь-якому значенні ЕРС Е завжди залишається справедливою формула

,

тобто розподіл струмів у паралельних вітках відбувається зворотно пропорційно їх опорам.

2.6.4. Для досліджуваної схеми перевірте виконання збереження балансу потужностей:

− перевірте, що Р = ΣР_і Þ Е·І = Σ(І_і²·R_i) = Σ(U_ab²/R_i), де і = 1, …, n; n – кількість паралельних віток;

− збільшіть, а потім зменшіть у два рази відносно вихідного значення ЕРС Е. Для обох випадків перевірте енергетичний баланс (див. попередній абзац);

− довільно змініть значення опорів резисторів і знову перевірте енергетичний баланс;

− додайте ще одну паралельну вітку із довільним значенням опору її резистора і знову перевірте енергетичний баланс.

2.6.5. Зробіть висновки щодо умов збереження балансу потужностей усхемі.

2.7. Завдання 6: Визначітьхарактер порушень в електричних колах.

Рис. 2.6.

2.7.1. На підставі аналізу показань вимірювальних приладів кожної із схем, наведених на рис. 2.6 (амперметрів і вольтметрів), визначіть пошкоджений елемент схеми і характер пошкодження («коротке замикання» або «обрив»).

2.7.2. Здійсніть розрахунок показників вимірювальних приладів при нормальному функціонуванні схеми, зробити її монтаж і перевірити результати розрахунків за допомогою показань вимірювальних приладів.

2.7.3. Повторіть п. 2.7.1 і п. 2.7.2 для схем, наведених на рис. 2.7 і рис. 2.8.

Рис. 2.7.

Рис. 2.8.