Практическая работа специальности 09.02.01.

Практическое занятие № 1.

Тема: «Расчёт параметров электрических цепей»

Цель: закрепить навыки расчётов электрических  цепей постоянного и переменного тока со смешанным соединением резисторов, конденсаторов и катушек.

1.      Постоянный электрический ток.

Теория.

Расчет и анализ электрических цепей производится с использованием закона Ома, первого и второго законов Кирхгофа. На основе этих законов устанавливается взаимосвязь между значениями токов, напряжений, ЭДС всей электрической цепи и отдельных ее участков и параметрами элементов, входящих в состав этой цепи.

Закон Ома для всей цепи

Этот закон определяет зависимость между ЭДС E источника питания с внутренним сопротивлением r₀ , током I электрической цепи и общим эквивалентным сопротивлением R_Э=r₀+R всей цепи:

(1.2)

.

Сложная электрическая цепь содержит, как правило, несколько ветвей, в которые могут быть включены свои источники питания и режим ее работы не может быть описан только законом Ома. Но это можно выполнить на основании первого и второго законов Кирхгофа, являющихся следствием закона сохранения энергии.

Электрическая цепь с последовательным соединением элементов

Последовательное соединение проводников – такое соединение проводников, когда каждый последующий проводник соединяется с концом предыдущего проводника, в результате одинаковый электрический ток протекает последовательно через все проводники.

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂: 

где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует: 

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Электрическая цепь с параллельным соединением элементов

Параллельное соединение проводников – соединение проводников, при котором один конец каждого проводника соединен с одной и той же точкой цепи, а второй конец каждого проводника с другой заданной точкой цепи.

При параллельном соединении  напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы: 

            Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи: 

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, к узлу A за время Δt подтекает заряд IΔt, а утекает от узла за то же время заряд I₁Δt + I₂Δt. Следовательно,I = I₁ + I₂.

 При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Мощность тока

Работа по переносу заряда совершается кулоновскими и сторонними силами и равна:

                                                        A= qU= IUt =  I²Rt

Мощность, выделяющаяся на некотором элементе цепи при протекании по нему тока, можно определить по формуле:

P_i = A_i / t = U_iI_i

где Ui и Ii – ток и напряжение на этом i-том элементе (проводнике, лампочке и т.п.).

Ход работы.

1.       Укажите номер своего варианта и вычертить расчетную схему для своего варианта, в соответствие с условием задания (рис. 1.1 и табл. 1.1). Записать ее параметры. Отсутствие резистора в таблице обозначено прочерком.

2.       Указать, какие резисторы (или группы резисторов) получившейся схемы включены последовательно, какие параллельно.

3.       Определить токи во всех ветвях получившейся электрической цепи при заданных ЭДС и внутреннем сопротивлении источника.

4.       Определить мощности, потребляемые каждым из резисторов в отдельности и их суммарную мощность ΣP.

Рис. 1.1. Схема электрической цепи к практической работе

Таблица 1 Исходные данные к практической работе

2.      Переменный  электрический ток.

Теория.

1.      Конденсатор в цепи переменного тока

Конденсатор – это система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика (воздуха, слюды, керамики …). Переменный ток между обкладками конденсатора вследствие перезарядки конденсатора идет  – т.е. конденсатор «проводит» переменный ток, однако он оказывает току сопротивление, которое называется емкостным сопротивлением:

w  -  циклическая частота протекающего тока;

С – электроемкость конденсатора;

n - частота тока

2.                   Катушка индуктивности – это обычный проводник с необычной формой, обладающий активным сопротивлением. Индуктивность L– это физическая величина, подобная массе в механике. Как в механике для изменения скорости тела нужно время, и масса является мерой этого времени (инерция), так и электродинамике для изменения тока через проводник нужно время и индуктивность является мерой этого времени (самоиндукция). У катушки индуктивности  кроме активного сопротивления провода, из которого она сделана, появляется еще одно сопротивление, обусловленное явлением самоиндукции и называемое индуктивным сопротивлением X _L

Ход работы.

Для схемы электрической цепи, приведенной на рисунке, рассчитать значения токов во всех ветвях