2.1. Ціль роботи

Закріплення теоретичного потенціалу розділу "Кола постійного струму", а саме таких підрозділів:

• джерела електричної енергії і схеми їх заміщення;

• основні закони електричних кіл;

• аналіз і розрахунок простих розгалужених кіл постійного струму методом еквівалентних перетворень (згортання);

• розрахунок електричного кола методом еквівалентного генератора.

Набуття практичних навичок електричних вимірювань у колах постійного струму, обробки та аналізу експериментальних даних, графічного зображення досліджуваних кіл, побудови навантажувальних характеристик цих кіл.

2.2. Опис лабораторного макета

Схема лабораторного макета, що включає схеми а і б, зображена на його горизонтальній

панелі і наведена на рис. 2.1, 2.2

а

Рисунок 2.1

б

Рисунок 2.2

Вибір схеми, що досліджується, здійснюється перемикачем S3 "Схема".

Макет включає три джерела електричної енергії постійного струму Е (надалі іменованих для стислості "Джерело") з різними внутрішніми опорами R_i1, R_i2, R_i3, але з однаковими ЕРС, які регулюються ручкою "ЕРС".

Джерела I і ІІ використовуються в схемі а на рис. 2.1. Підключення того чи іншого джерела виконується перемикачем S1 "Джерело" (для спрощення схеми а на ній зображено тільки одне джерело з внутрішнім опором R_і1,2). Джерело Ш використовується в схемі б на рис. 2.2.

Опір навантаження R_H виконано дискретно-змінним, його значення якого змінюється за допомогою перемикача S4 відповідно до зазначених на панелі макета дискретних чисел.

У положенні R_н = ∞ опір навантаження відсутній, що дозволяє встановити режим холостого ходу (х.х.) джерела в схемі а.

Режим х. х. у схемі Б встановлюється розмиканням контактів перемикача S2.

У положенні R_H = 0 у схемі а створюється режим короткого замикання (к. з.) джерела.

На макеті розташований вольтметр постійного струму з межею вимірювання

Вольтметр підключається до контрольних точок (к. т.) 0, 1, 2, 3, 4 схем а і б гнучкими провідниками.

Макет живиться від мережі змінного струму напругою 220 В і вмикається тумблером "Сеть" на передній панелі.

2.3. Порядок виконання роботи

2.3.1. Провести знімання даних для побудови зовнішніх (навантажувальних) характеристик джерела I у схемі а на рис. та занести у табл. 2.1.

Таблиця 2.1

RH, Ом	∞	20103	115103	10103	5103	9900	2200	100	550	225
UН, В	10
IH, мА

Для цього необхідно:

1. установити перемикач S1 у положення 1;

2. установити перемикач S4 у положення

R_H = ;

3) підключити вольтметр до контрольних точок 2, 0 схеми а і ручкою ЕРС установити на вольтметрі напругу U_Н , яка дорівнює 10 В, та розрахувати на підставі закону Ома для ділянки кола струм I_H. Дані занести в табл. 2.1;

4) установлюючи перемикач S4 у положення, зазначені в табл. 2.1, виміряти для кожного з них напругу U₂₀ = U_Н; отримані результати занести в табл. 2.1;

5) розрахувати на підставі закону Ома для ділянки кола струм I_H для кожного значення R_H і занести в табл. 2.1.

2.3.2. Експериментально перевірити закон Ома для ділянки кола в схемі б у нерозгалуженому колі з послідовним з’єднанням приймачів, для цього необхідно:

1. перевести перемикач S3 у положення схеми Б;

2. установити перемикач S2 у розімкнуте (ліве) положення;

3. підключити вольтметр до к. т. 0, 2 схеми Б, установити за допомогою ручки ЕРС напругу U х.х., яка дорівнює 10 В;

4) поставити перемикач S4 у положення

R_H = ∞;

5) установити перемикач S2 у замкнуте (праве) положення;

6) відобразити в робочому журналі схему, яка досліджується (рис. 2.3), де E = 10 В;

Рисунок 2.3

7. обчислити на підставі закону Ома для замкнутого нерозгалуженого кола значення струму в схемі. Значення резисторів R1 і R2 зазначені на передній панелі макета, значення опору R_i3 визначається за формулою R_i3 = (200 – R₁) Ом;

8. обчислити на підставі закону Ома для ділянки кола значення падіння напруг на елементах R_i3, R1, R2 і отримані результати занести в табл. 2.2 у графу розрахункових значень;

Таблиця 2.2

Вид роботи	Падіння напруг, В
	U1−2	U3−4	U4−0
Розрахунок
Експеримент

9) виміряти падіння напруг на елементах R_i3, R1, R2, підключаючи по черзі вольтметр до к. т. 1–2, 3–4, 4–0. Отримані значення занести в графу експериментальних даних табл. 2.2. Переконатися у відповідності розрахункових та експериментальних даних.

2.3.3. Розрахувати та експериментально перевірити другий закон Кірхгофа для замкнутого контуру 1–2–3–4–0–1 схеми б. Для цього необхідно переконатися в дії другого закону Кірхгофа, використовуючи результати попередніх розрахунку та експерименту.

2.3.4. Розрахувати розгалужене коло постійного струму для схеми б. Для цього необхідно:

1. установити перемикач S4 у положення R_H = 200 Ом;

2. зобразити в робочому журналі досліджувану схему (рис. 2.2);

Рисунок 2.4

3. обчислити падіння напруг U₃₋₄, U₄₋₀, використовуючи метод еквівалентних перетворень для схеми б. Отримані результати занести в графу розрахункових значень табл. 2.3;

Таблиця 2.3

Вид роботи	Падіння напруг, В
	U3−4	U4−0
Розрахунок
Експеримент

4) перевірити правильність розрахунку експериментально, вимірявши падіння напруги U_3–4 і U_4–0. Одночасно за положенням стрілки вольтметра визначити полярність цих напруг. Отримані значення занести в графу експериментальних даних табл. 2.3. Переконатися у відповідності розрахункових та експериментальних даних. Полярності напруг і відповідні напрямки струму через резистори R1, R2, R_н відобразити стрілками на схемі, зображеній на рис. 2.3 в робочому журналі.

2.3.5. Експериментально перевірити перший закон Кірхгофа для вузла 4 схеми Б. Для цього необхідно:

1) обчислити за отриманими експериментальним шляхом напругами U_3–4 та U_4–0 і відомими значеннями опорів R1, R2, R_н величини струмів у гілках: I_R1, I_R2, I_Rн;

2) переконатися в дії першого закону Кірхгофа, використовуючи результати попереднього пункту.

2.3.6. Розрахувати струм I_Rн у схемі б методом еквівалентного генератора. Для цього необхідно:

1) відобразити в робочому журналі схему б (рис. 2.3) та схему її заміщення із джерелом ЕРС або внутрішнім опором ;

а б

Рисунок 2.5

розрахувати методом еквівалентного генератора струм I_Rн у схемі а (рис. 2.5) та занести отримані розрахункові дані в табл. 2.4.

Таблиця 2.4

Вид роботи	Значення струму, IRн, А
	у схемі а	у схемі б
Розрахунок
Експеримент

2.3.7. Експериментально перевірити значен-ня струму I_Rн в схемах а і б. Для цього необхідно:

1. встановити перемикач S4 у положення R_н = 900 Ом;

2. виміряти напругу U₄₀ схеми Б, розрахувати струм I_Rн і отримані результати занести в графу експериментальних даних для схеми б табл. 2.4;

3. встановити перемикач S4 в положення схеми а;

4. вибрати за допомогою тумблера S1 величину R_i (R_i1 або R_i2), рівну значенню R_Е.. Значення R_i1, R_i2 указуються викладачем (R_i1=100 Ом, R_i2=200 Ом). Підключити вольтметр до к. т.

1, 0 схеми а. Установити ручкою ЕРС значення E, рівне розрахованому E_Е;

5. виміряти напругу U₂₀ схеми а, обчислити струм I_Rн і отримане значення занести в графу експериментальних даних для схеми б табл. 2.4;

6. порівняти значення струму I_Rн , які отримані експериментально для схеми а та схеми б. Рівність їх є підтвердженням того, що схема а при значеннях E = E_Е і

R_i = R_Е може служити схемою заміщення схеми б. Щодо розрахунку струму I_Rн переконатися у відповідності розрахункових та експериментальних даних.