Распределение потенциалов в электрической цепи

Лабораторная работа №1
Тема: Распределение потенциалов в электрической цепи
Цель работы:
1.Ознакомление с экспериментальными данными и расчетными методами
определения потенциалов точек цепи.
2.Построение потенциальных диаграмм.
Задание к лабораторной работе.
Повторить:
1.Повторить основные законы электрической цепи.
2.Повторить методы измерения напряжения на участке цепи и определения
напряжения протекания электрического тока.
3.Разобрать нахождение потенциалов точек цепи вольтметрами различных типов.
Внимание при выполнении работы: Ключ К1 должен всегда находиться в левом
положении!
В работе исследуются два вида контуров: контур 01234560 содержит один
источник ЭДС и контур 01234566 ‘0 содержит два источника ЭДС. Во всех
стендах установлен эталонный резистор R23 =25,5 Ом.
Опыт 1:
1.Поставте ключ К2 в верхнее положение и приняв точку О за точку нулевого
потенциала измерьте потенциалы всех точек контура 01234560. Данные
эксперимента занесите в таблицу 1.
2.Зная потенциалы каждой точки, рассчитайте значения напряжения участков
контура. Результаты занесите в таблицу 1.
3. Зная величину эталонного сопротивления R23, рассчитайте силу тока в контуре,
и значения сопротивлений остальных участков. Зная все сопротивления контура,
найдите полное сопротивление контура 01234560. Данные занесите в таблицу 1.
4.Постройте потенциальную диаграмму для данного контура.
Таблица 1
Потенциалы точек
φ0
φ1
φ2
φ3
φ4
φ5
φ6
Напряжения на участках
U01
U12
U23
U34
U45
U56
U60
Ток в контуре
Сопротивление участков
R01
R12
R23
25,5
R34
R45
R56
R60
Полное сопротивление контура
Опыт 2.
1.Поставте ключ К2 в нижнее положение и приняв точку О за точку нулевого
потенциала измерьте потенциалы всех точек контура 01234566’0. Данные
эксперимента занесите в таблицу 2.
2.Зная потенциалы каждой точки рассчитайте значения напряжения участков
контура 01234566’0. Результаты занесите в таблицу 2.
3. Зная все сопротивления контура, рассчитайте силу тока в контуре. Данные
занесите в таблицу 2.
4.Постройте потенциальную диаграмму для данного контура.
Таблица 2
Потенциалы точек
φ0
φ1
φ2
φ3
φ4
φ5
φ6
Напряжения на участках
U01
U12
U23
U34
U45
U56
U60
Ток в контуре
Сопротивление участков
R01
R12
R23
R34
R45
R56
R60
Методические указания:
Лабораторная работа выполняется на учебном стенде, содержащем шесть
резисторов и два источника напряжения Е1 и Е2. Для подключения измерительных
приборов имеются штепсельные гнезда. С помощью переключателя К1 можно
включать резистор R04 в состав цепи, а с помощью переключателя К2 можно
включать в состав цепи источник Е2. В качестве источника Е1 используется
низковольтный выпрямитель, а источник Е2 - сухой элемент.
Электрический ток в цепи проходит от точки с более высоким потенциалом к
точке с меньшим потенциалом. Поэтому, если между точками 1 и 2 электрической
цепи включен резистор R (рис.2а) и от точки 1 к точке 2 протекает ток I, то
падение напряжения на этом участке цепи согласно закону Ома равно U12= I R.
Тогда потенциал точки φ2 может быть выражен через потенциал первой точки как
φ2 = φ1 – U12 . Знак «плюс» в этой формуле выбирают при обратном направлении
тока.
Рис.2. Однородный (а) и неоднородный (б) участки электрической цепи
Если между этими точками включен идеальный источник Е (рис.2б), ЭДС
которого направлена от точки 1 к точке 2, то потенциал второй точки
определяется независимо от направления тока только направлением ЭДС этого
источника
φ2= φ 1 + Е. При обратном включении ЭДС в формуле необходимо выбрать знак
«минус».
Таким образом, для участка, содержащего источник ЭДС и резистивный
элемент, потенциал второй точки по отношению к потенциалу первой будет
определяться с учетом вышесказанного как φ2= φ 1 ± E ± IR.
Экспериментально разность потенциалов (напряжение) между любыми точками
электрической цепи можно измерить высокоомным электронным вольтметром или
вольтметром магнитоэлектрической системы, для которых указывается полярность
входных зажимов.
Во многих случаях при анализе электрических цепей необходимо знать
потенциалы узловых точек электрической цепи. Если известны значения
сопротивлений каждого участка цепи, направления и значения токов на участках и
соответственно направления и значения, включенных ЭДС, то можно значения
потенциалов каждой точки получить также и расчетным путем, и обратно, по
известным потенциалам и сопротивлениям моно определить токи на участках
цепи.
При анализе работы электронных устройств и цепей часто применяют
потенциальные диаграммы - графики распределения потенциала вдоль какоголибо участка цепи или замкнутого контура по оси абсцисс откладывают значения
сопротивлений между узловыми точками контура при последовательном обходе
контура, а по оси ординат - значения потенциалов данных точек в
соответствующих масштабах Выбор начальной точки обхода контура и
направление обхода может быть произволен. Часто за начальную точку берут
точку, соединенную с корпусом устройства (заземленную). Обычно потенциал
начальной точки принимают в качестве нулевого φ0 = 0. Тогда потенциал какойлибо точки цепи будет равен напряжению между этой точкой и точкой нулевого
потенциала φ = U A 0
Указания к отчету:
Отчет должен содержать:
1. Наименование и цель работы.
2. Перечень оборудования.
3. Схемы проводимых опытов.
4. Результаты эксперимента и материалы его обработки.
5. Краткие выводы.
Вопросы к зачету.
1. Можно ли зная потенциалы на концах участка определить направление тока?
2. Как экспериментально можно определить знак и значение потенциала любой
точки цепи?
3. Потенциал, какой точки можно выбирать в качестве нулевого?
4. Возможно ли в цепи существование нескольких точек с нулевым потенциалом?
5. Чем определяется последовательность построения потенциальной диаграммы?
6. От чего зависит угол наклона прямых распределения потенциала к оси
абсцисс?
7. Как, используя результаты обеих опытов, можно рассчитать внутреннее
сопротивление и ЭДС источника?