Практическая работа № 2 Расчет электрических цепей при последовательном, параллельном и смешанном соединении резисторов

Практическая работа № 2

Расчет электрических цепей при последовательном, параллельном и смешанном соединении резисторов

Цель работы: Экспериментальным путем проверить основные соотношения электрических величин для цепей постоянного тока с последовательным, параллельным и смешанным соединением резисторов.

Приборы и материалы: Блок генераторов напряжений  ГН2, блок амперметра-вольтметра АВ1-07, стенд с объектами исследования СЗ-ЭМ01, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения

При расчете электрических цепей часто возникает целесообразность преобразования схем этих цепей в более простые и удобные для расчета. Различают следующие способы соединения элементов: последовательное, параллельное и смешанное.

Последовательным соединением элементов электрической цепи называется такое, при котором начало последующего элемента соединяется с концом предыдущего (на рис.1.1.а показано последовательное соединение резисторов). Часто такая цепь (или участок цепи) называется неразветвленной. Отличительной особенностью такого соединения элементов является то, что в них протекает один и тот же ток. Общее (эквивалентное) сопротивление последовательно включенных сопротивлений (приемников электрической энергии) равно сумме этих сопротивленийи напряжение, приложенное к цепи, равно сумме падений напряжений на отдельных элементах:

                     (1.1)

Мощность, потребляемая последовательной цепью:

                 (1.2)

При изменении величины сопротивления одного из приемников в последовательной электрической цепи происходит изменение тока и перераспределение падений напряжений на элементах, т. е. изменяется режим работы всех приемников. Это является существенным недостатком последовательного соединения элементов.

Рис. 1.1. Соединения сопротивлений:

а  последовательное, б  параллельное, в  смешанное

Параллельным соединением элементов электрической цепи называется такое, при котором начала всех элементов соединены в один узел, а концы в другой (на рис. 1.1.б показано последовательное соединение резисторов). При таком соединении цепь получается разветвленной. Отличительной особенностью параллельного соединения элементов является то, что все они находятся под одним и тем же напряжением. Общая (эквивалентная) проводимость параллельно включенных сопротивлений равна сумме этих проводимостейгде проводимости отдельных приемников. Ток в неразветвленной части такой цепи равен:

       (1.3)

Мощность, потребляемая параллельной электрической цепью:

        (1.4)

При параллельном включении приемников режим работы каждого из них не влияет на режим работы остальных.

Смешанное соединение приемников представляет собой цепь, которая состоит из последовательно и параллельно соединенных элементов. Для расчета таких цепей выделяют отдельные участки с последовательным и параллельным соединением и к ним применяют выше указанные соотношения.

Для смешанного соединения резисторов приведенного на рис. 1.1.в эквивалентное сопротивление находится следующим образом. Сначала определяется эквивалентное сопротивление параллельной цепи. ПосколькутоСопротивлениесоединено последовательно с сопротивлением поэтому эквивалентное сопротивление всей цепи равно

Ток в неразветвленной части цепи равенНапряжение на сопротивленииравноНапряжение на зажимах параллельных ветвей равноТоки в параллельных ветвях равныи

Мощность, потребляемая изображенной на рис. 1.1.в смешанной электрической цепью:

                                 (1.5)

Порядок выполнения работы:

1.    Соберите схему, изображенную на рис. 1.1.а. В качестве источника напряжения используйте генератор регулируемого постоянного напряжения блока ГН2 с выключенным внутренним сопротивлением (кнопка R_вн должна быть отжата). Сопротивления находятся на стенде с объектами исследования СЗ-ЭМ01. Если требуется в одной точке соединить несколько проводников, воспользуйтесь гнездами, которые соединены друг с другом внутри стенда, например, нижнее гнездо конденсаторов.

2.    Включите генератор постоянного напряжения.

3.    Измерьте вольтметром напряжение на зажимах всей цепи U и падения напряжения на всех сопротивлениях

4.    Измерьте амперметром ток I в цепи. Выключите источник питания.

5.   Вычислите сопротивление каждого резистораа также эквивалентное сопротивлениепоследовательной цепи. Сравните полученные значения сопротивленийсо значениями сопротивлений, указанных на стенде.

6.   Вычислите мощности, потребляемые отдельными резисторами а также мощность, потребляемую всей цепью Р.

7.    Проверьте выполнение соотношений:

8.    Результаты измерений и расчетов запишите в таблицы 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1

Таблица 1.2

9.    Соберите схему, изображенную на рис. 1.2.б.

10.             Включите генератор постоянного напряжения.

11.       Измерьте токи в параллельных ветвяхток  I в неразветвленной части цепи и напряжение на зажимах цепи. Выключите источник питания.

12.        Вычислите сопротивление каждого резистораа также эквивалентное сопротивлениепараллельной цепи. Сравните полученные значения сопротивленийсо значениями сопротивлений, указанных на стенде.

13.        Вычислите мощности, потребляемые отдельными резисторами а также мощность, потребляемую всей цепью Р.

14.              Проверьте выполнение соотношений:

15.              Результаты измерений и расчетов запишите в таблицы 1.1 и 1.3.

Таблица 1.3

16.              Соберите схему, изображенную на рис. 1.2.в.

17.              Включите генератор постоянного напряжения.

18.        Измерьте токи в параллельных ветвяхтокв неразветвленной части цепи, напряжение U на зажимах всей цепи, напряжение на сопротивлениинапряжениена разветвленном участке цепи. Выключите источник питания.

19.        Вычислите сопротивления параллельных ветвейсопротивление неразветвленной части цепиэквивалентное сопротивление всей цепи. Сравните полученные значения сопротивленийсо значениями сопротивлений, указанных на стенде.

20.        Вычислите мощности, потребляемые отдельными резисторами а также мощность, потребляемую всей цепью Р.

21.              Проверьте выполнение соотношений:

22.              Результаты измерений и расчетов запишите в таблицы 1.1 и 1.4.

Таблица 1.4

23.              Сделайте выводы по проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.         Какие соединения приемников электрической энергии называются последовательными, параллельными, смешанными?

2.         Как определить общее сопротивление цепи при произвольном соединении приемников, если сопротивления участков известны?

3.        Что такое мощность электрической цепи? Как изменится мощность, если ток в цепи увеличится в 3 раза, а напряжение источника уменьшится в 2 раза?

4.         В чем состоит особенность последовательного и параллельного соединения элементов электрической цепи?

5.         Как может быть рассчитана мощность электрической цепи при произвольном соединении приемников? 

 Три резистора с сопротивлением R каждый соединены последовательно. Параллельно одному из резисторов включили резистор сопротивлением R/2. Как изменится эквивалентное сопротивление всей цепи?

Выполнение работы

Для получения зачета необходимо оформить отчет:

1. Изучить методическую разработку

2. Выполнить конспект

3 Проверить техническую документацию.

4 Сделать вывод о проделанной работе.

Преподаватель                              Казетов С.Н.