В.Н. Бородянко - Электрические цепи и основы электроники (Методические указания к проведению лабораторных работ) (1119803), страница 4
Текст из файла (страница 4)
1, 3,5. Выключить источник электропитания, и используя мультиметр в режиме измерения сопротивления измерить значения сопротивлений В.1, Й2 и ЙЗ. Результаты измерений занести в табл. 3.6, Используя закон Ома, вычислить значения сопротивлений К1, В2 и Ю, значения которых занести в табл.
3.7. Проверить выполнение баланса могцносгей. Рис.2 Сделать выводы о вьиюлнении 1-го и 2-го законов Кирхгофа и о применении закона Ома в линейной цепи постоянного тока. Таблица 1 Таблица 2 4. Содержание отчета Отчет по работе должен сод~ржать: а) наименование работы и цель работы; б) технические данные измерительных приборов; в) схемы экспериментов и таблицы полученных экспериментальных данных; г) результаты расчетов; д) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы 1. Что такое «линейный элемент» в электрической цепи? 2. Привести примеры линейных элементов электрических цепей. 3. На ~~новани~ какого зак~~а по пока~~ни~~ амперметра и ~~л~тме~ра можно определить величину сопротивления участка электрической цепи постоянного тока? 4. В каки~ единицах измеряются сила тока, напряжение н сопротивление". 5. Нарисуйте схемы для нзме1эення методом амперметра н вольтметра больших и малых электрических сопротивлений.
б. Для исследуемых электрических цепей запишите уравнения по законам КирхгоФа. Работа Ж» 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1, Цель работы Приобретение навыков определения параметров элементов в цепях переменного тока по результатам измерений, включения в цепь вольтметра и амперметра, изме)эения тока и напряжения, применения зйконй Ома в це!!и переменного тока. 2, Пояснения к работе При расчете цепей переменного тока, в отличие от цепей постоянного тока, необходимо учитывать не один, а трн простейших пассивных элемента: резнстивный, индуктивный и емкостной, которые характеризуются соответственно параметрамн: активным сопротивлением Я, индуктнвностью А ~индукт!!вныь! сопротивлением Х! = й!1.) и емкостью С 1емкостныы сопротивлением Хс =- 1/й!С), где й! — угловая частота.
В реальной цепи сопротивлением обладают не только резистор или реостат как устройства, предназначенные для использования их электрических сопротивлений, но и любой проводник, катушка, конденсатор, обмотка любого электромагнитного элемента и др. Общим свойством всех устройств, обладающих электрическим сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую энергию. Прн токе ! в резисторе, облйдй!Ощим сопротивлением г за время й в соответствии с законом Джоуля — Ленца выделяется энергия дн = !.!' Й.
Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении., полезно используется или рассеивается в пространстве. Но поскольку преобразование электрической энергии в тепловую энергию в пассивном элементе носит необратимый характер, то в схеме замещения во всех случаях, когда необходимо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление.
В реальном устройстве, например, в электромагните, электрическая энергия может быть преобразована в механическую энергию 1притяжение якоря), но в схеме замещения это устройство заменяется сопротивлением, в котором выделяется эквивалентное количество тепловой энергии. И прн анализе схемы нам уже безразлично, что в действительности является потребителем энергии электромагнит нлн электроплитка. В цепях перемепноп! тока сопротивление называют активным, которое нзза явления поверхностного эффекта больше, чем электрическое сопротивление постоянному току. Однако при низких частотах этой разницей обычно пренебрегй!От. Напряжение, подведенное к активному сопротивлению, по фазе совпадает с током, то есть напряжение и ток одновременно достигают максимальных значений н одновременно переходят через нуль.
Если мгновенное значения тока имеет вид !1г) =Хм ят 2Щ то мгновенное значение напряжения будет. г!~(1) = йГ„, я!!! 2фп Инд) ктивность Ь хйрйкгер!!зует свойство участка це!!и или кйтушки накапливать энерги!О магнитного пОля, В реальной цепи индуктивностыО обладают не только индуктивные катушки как элементы цепи, предназначенные 15 для использования их индуктивности, но и провода, и выводы конденсаторов, и реостатьь В целях упрощения обычно считают, что энергия магнитного поля сосредотачивается только в катушках. При протекании переменного тока //г) через катушку индуктивности, состоящей из в витков, возбуждается переменный магнитный поток Ф®, который в соответствии с законом электромагнитной индукции наводит в ней же э.д.с.
самоиндукции ег — -. — гг ИФlг// — — ЛЖИ. Следовательно, индуктивность в цепи переменного тока влияет на величину протекающего тока как сопротивление. Соответствующая расчетная величина называется индуктивным сопротивлением и обозначается Х» и измеряется так же, как и активное сопротивление — в Омах. Чем выше частота переменного тока, тем больше эд.с. самоиндукции и тем больше ггндуктиигос сопротивление Хг = е/. =2ф'Е.
Величина гп =2ф называется угловой частотой переменного тока. В цепи постоянного тока в установившемся режиме индуктивность не влияет па режим работы цспн, так как э,д.с. самоиндукции равна нушо. Поскольку э.д.с. самонндукции возникает только при изменении тока, то н максимальные значения эд.с. наступают при максимальной скорости изменения тока в катушке, то есть лрн прохождении тока через нуль. Поэтому на участке цепи с индуктивпостыа э.д.с.
саьюиндукции по времени отстает от тока на четверть периода или на гг/2 электрических радиана. Напряжение на индуктивности, будучи противоположным по направлению э.д.с., наоборот„ опережает ток на четверть периода илн на гг/2 электрических радиана. Если по катушке проходит ток, мгновенное значение которого г®=гм ягг 24», то мгновенное значение напРЯжениЯ на индУктивности ггг1г/=Умигг /2ф+ Я2/ = Хо /и ыл /24Г и ж2/.
Когда напряжение, изменяясь синусоидально, достигает максимума, ток л это мгновение равен нулю. Если напряжение на зажимах элемента цепи опережает ток иа гг/2 радиана, то говорят, что такой элемент представляет собой идеальную катушку индуктивности или чисто реактивное индуктивное сопротивление Хь. Это сопротивление учитывает реакцию электрической цепи на изменение магнитного поля в индуктивности и является линейной функцией частоты.
При включении в цепь переменного тока реальной катушки грис. 1), обладающей кроме индуктивности Е и некоторым значением активного сопротивления Л, ток отстает по фазе от напряжения на некоторый угол гр < гг/2, который легко определяется из треугольника сопротивлений (рис. 3): фр = Хг, /Я. Для такого участка электрической цепи уравнение на основании второго закона Кнрхгофа имеет вид: и = ия ' иг = ггг + Ейlг/г, В напряжении, подведенном к реальной катушке, условно можно выделить две составляющих: падение напряжения И на активном сопротивлении, обычно называемое активной составляющей приложенного напряжения, и напряжение на идеальной индуктивпости ггг = /.г/гуг/г, называемое реактивной составляющей приложенного напряжения.
Фазовые соотношения между этими составляющими обычно иллюстрируют векторной диаграммой для их действующих значений (рис. 16 «11 Из векторной диаграммы видно, что Ь"=. 1~ Ь'ГГ + Ь'à — — т'~1 К -1-1 Х! = 1 УЯ +Хс = 17, где Л = Уи Р Л, = 1'1/ ! = у'Л~+Х1' — полное электрическое сопротивление реальной катушки. Из треугольника сопротивлений (рис. 3) следует, что й = 7 со.1 д, ХГ= Хитр, Гр = агсГ~ ХГ, /ГГ. Закон Ома для цепи, по которой протекает переменный ток, записывается в виде Г'= 1.1 'У, Из рассмотренного следует важный вывод: сопроиГиалсГГи» ГГ цетГи ГГ~~эел1сииОВО ГГГОкй скл»дыГГГГГО»Гс» ю 06НГем случис Гси»ГсГщуичсски, Например„ если у катушки К=Э Оман Хь=40ма, то Я=5 Ом. Емкость, измеряемая в фарадах (ф), характеризует способность элемента электрической цепи или конденсатора накапливать энергию электрического поля.
В реальной цепи емкость существует не только в конденсаторах, как элементах предназначеш1ых специально для использования их емкости, нолп между Г!рОВОДГП!ками, между Витками кагушек (мсжВнтковая емкость), мсжду проводом и землей или каркасом электротехнического устройства. Однако и схемах замегцепия принято, что емкостью обладают только конденсаторы. В конденсаторе, точнес В диэлектрике, разделяюгцсм пластины или проводники конденсатора, может су1цествовать ток электрического смсГцс1!Ия, в точности равный току проводимости в проводниках„присоединенных к обкладкам конденсатора: 1 †" Г~д / ГГГ, где 1у — заряд на обкладках конденсатора, измеряемый в кулонах и пропорциональный напряжению на конденсаторе Ц-: д = С Ьс„и при С = сяиг 41 = С'Л7С. Зогда ток, проходящий через коНденсатор, 1 = Г..
Л4. / й, а энергия электрического пОля, запасасмая В конденсаторе при Возрастании напряжения, И'= '- ~'г '2, Очевидно, что при постоянном напряжении аГГГ ~йГ = 0 и постоянный ток через кондснсатор проходить нс может, При изменении напряжсния на Обкладках конденсатора через него протекает емкостнои ток. Чем быстрее изменяется 1!Впряжен!Ге, тем больше величина емкостпого тока. Если приложить к конденсатору переменное синусаидальпое напряжение, то через конденсатор потечет переменный синусоидальный ток, сдВинутый по фазе на 75/2 ПО отношению к напряжению.
Это происходит потому, что емкостной ток достигает макснмального значения при макси ма11ы!Оы изменении нап)зяжсния„'г.с. при 17 прохождении напряжения через нуль. Ток при этом опережает напряжение по фазе на Ф2. Если мгновенное значение тока, протекаемого через конденсатор ф)=1мип 2ф, то мгновенное значение напряжения на нем ис®=Ум Яп12~ф - ж'2) =Хг 1и ип 12~ф - л'2). где Хг — реактивное емкостное сопротивление, Векторная диаграмма для участка электрической цепи, содержащей конденсатор, изображена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
