Порядок выполнения эксперимента. 1. Получите номер варианта у преподавателя

1. Получите номер варианта у преподавателя. Данные по варианту возьмите в табл. 1.1.

2. Соберите цепь по схеме (рис. 1.3), используя источник постоянного напряжения из блока генераторов и блок сопротивления R₁, соответствующий вашему варианту, а также мультиметры в режимах измерения тока и напряжения.

3. Измерьте токи, текущие через резистор, устанавливая напряжения, которые указаны в табл. 1.2. Занесите результаты измерения токов в табл. 1.2.

4. Повторите действия, указанные в п. 2-3, для сопротивлений R₂ и R₃.

5. По данным табл. 1.2 постройте зависимости I(U) для трёх сопротивлений на одном координатном поле.

6. Установите сопротивление R =100 Ом и напряжение U=U₁. Заменяя последовательно резистор R, на сопротивления, указанные в табл. 1.3, измерьте токи. Занесите данные измерения в табл. 1.3.

7. Повторите действия п. 6 для напряжений U₂ и U₃.

8. Постройте графики I(R) на одном координатном поле.

Рис. 1.3

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Контрольные вопросы

1. Как зависит падение напряжения на участке цепи от сопротивления?

2. Какое сопротивление называется линейным?

3. Чем определяется погрешность измерения тока в схеме, приведенной на рис. 1.3?

4. Почему будут отличаться показания вольтметра и напряжение, выставленное на источнике питания, в схеме, приведенной на рис. 1.3?

Лабораторная работа №2

Цепи с резисторами

Цель работы: исследовать последовательное, параллельное и смешанное соединение резисторов.

Задачи:

1. Выполнить эксперименты по исследованию электрических цепей, содержащих резисторы.

2. Построить графики.

3. Сделать выводы по работе.

Общие сведения

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветв­ленные. На рис. 2.1, а представлена схема простейшей неразветвленной цепи. Во всех элементах ее течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь изображена на рис. 2.1, б, в ней имеются три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами. В свою очередь, узел – это точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка (рис. 2.2, б), то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае (рис. 2.2, в) его нет.

Рис. 2.1

В электрических цепях часто возникает необходимость ограничить величину тока или напряжения. Это реализуется с помощью резисторов, соединяемых последовательно или параллельно.

Рис. 2.2

При последовательном соединении резисторов (рис. 2.3) по ним проходит один и тот же ток I. Согласно закону Ома, на каждом из них падает напряжение, пропорциональное сопротивлению и току:

U₁=IR₁, U₂=IR₂, U₃=IR₃.

U=U₁+U₂+U₃=IR₁+IR₂+IR₃=I(R₁+R₂+R₃)=IR_ЭКВ.

где R_ЭКВ=R₁+R₂+R₃ – эквивалентное сопротивление. Таким образом, совокупная величина последовательно соединенных сопротивлений равна сумме всех сопротивлений. Ток через эти сопротивления определяется приложенным напряжением U и суммарным сопротивлением R_ЭКВ:

I=U/R_ЭКВ.

Рис. 2.3

Последовательное соединение резисторов в электрических цепях используется в качестве так называемого делителя напряжений, когда подведенное к ветви напряжение распределяется («разделяется») между резисторами прямо пропорционально их сопротивлениям.

Если резисторы или любые другие нагрузки соединены параллельно (рис. 2.4), все они находятся под одинаковым напряжением U=U₁=U₂=U₃:

Рис. 2.4

В каждой ветви цепи протекает ток, величина которого зависит от приложенного напряжения и сопротивления данной ветви:

I₁=U/R₁; I2=U/R₂; I₃=U/R₃.

I=I₁+I₂+I₃=U/R₁ + U/R₂ + U/R₃=U(1/R₁+1/R₂+1/R₃)=U/R_ЭКВ,

G_ЭКВ=G₁+G₂+G₃.

Ток в неразветвленной части цепи зависит от приложенного напряжения и эквивалентного сопротивления цепи

I=U/R_ЭКВ=UG_ЭКВ.

Параллельное соединение резисторов используется для шунтирования, когда часть тока неразветвленного участка направляется в параллельно подключенное сопротивление.

На рис. 2.5 показан пример смешанного соединения резисторов. Цепь состоит из последовательно R₁ и R₂ и параллельно R₃ и R₄ соединенных резисторов.

Рис. 2.5

Чтобы вычислить эквивалентное сопротивление цепи, поочередно подсчитывают эквивалентные сопротивления участков цепи, содержащие только последовательно(R₁₂=R₁+R₂) и только параллельно (R₃₄=R₃R₄/(R₃+R₄)) соединенные резисторы. Эти участки относительно друг друга соединены последовательно, таким образом,

R_ЭКВ=R₁₂+R₃₄.