2.3 Контрольные вопросы

1) Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС?

2) Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника тока?

3) Какой вид имеют вольт-амперные характеристики неидеальных и идеальных источников энергии?

4) Как осуществить эквивалентное преобразование неидеального источника напряжения в неидеальный источник тока и обратное преобразование?

5) Чему равно внутреннее сопротивление амперметра?

6) Чему равно внутреннее сопротивление вольтметра?

7) Дайте определение силы тока, напряжения, заряда.

8) Резистивный элемент (определение, вольт-амперная характеристика).

9) Что понимают под ВАХ?

10) Сформулируйте закон Ома для участка цепи и обобщенный закон Ома для участка цепи с ЭДС.

3. Лабораторная работа № 2 – Исследование энергетических процессов в линейных электрических цепей с резистивными элементами

Цель работы: исследовать энергетические процессы в резистивных элементах, научиться экспериментально определять значение мощности с помощью ваттметра.

0. 3.1. Общие сведения

Электрическое сопротивление означает противодействие протеканию тока. Это противодействие может быть вызвано проводниками ограниченного сечения или создается намеренно путем включения в цепь элемента, обладающего сопротивлением (резистивностью) и называемое резистором. Нижеследующие эксперименты имеют целью исследование резисторов.

Резистор – это наиболее часто применяемый в электрических цепях пассивный элемент.

Из-за их токоограничивающего действия резисторы обычно используются для задания токов и напряжения или для их разделения.

Единица электрического сопротивления – Ом.

Величина сопротивления, согласно закону Ома, определяется по соотношению

R = U / I,

где U – напряжение, В;

I – ток, А.

Другими характеристическими показателями резисторов являются мощность, температурная и частотная зависимости.

Мощность (потери мощности) резистора, измеряемая в Ваттах, может быть рассчитана по следующим формулам:

P = U · I = U² / R = I² · R, Вт.

Температурное поведение резистора зависит от материала, из которого он изготовлен. Изменение сопротивления резистора определяется по формуле

ΔR = R · α ·Δ ,

где R – величина сопротивления резистора при 20°С,

α – температурный коэффициент материала резистора,

Δ - изменение температуры.

Кроме используемых материалов, резисторы различаются также своей конструкцией. В частности они могут быть постоянными или переменными.

Все перечисленные выше характеристики и особенности резисторов имеют большое значение при их выборе для силовых и слаботочных электронных цепей.

Резистор называют линейным, когда ток в нем изменяется пропорционально приложенному напряжению, т.е. если функция I=f(U) – прямолинейная.

Электрическая мощность Р цепи выражается через напряжение и электрический ток и измеряется в ваттах (Вт)

P = U · I

На практике она обычно преобразуется в механическую (в электрических двигателях), световую (в лампах накаливания) и тепловую (в электрических нагревателях) энергию. В элементах электрических и электронных цепей, обладающих омическим сопротивлением R, электрическая энергия нежелательным образом преобразуется в тепло, что называют также потерями мощности:

P = I² ·R, P = U² / R.

Каждый элемент электрической цепи имеет предельно допустимую мощность, превышение которой в процессе эксплуатации приводи к недопустимому перегреву. Зависимость I(U) при Р=Р_ДОП=const имеет вид гиперболы. По ней можно легко определить максимально допустимые величины напряжения и тока для данного элемента цепи.

Электрическую мощность можно измерить косвенно – через ток и напряжение или непосредственно – с помощью ваттметра.

Электрическая энергия (работа электрического тока) W выражается как произведение электрической мощности Р на время t:

W = R · t = U · I · t.