ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ «ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОММУНАЛЬНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ по учебной дисциплине ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
для специальности 270837 «Строительство и эксплуатация городских путей сообщения»
Тула
Введение Выполнение лабораторных работ по дисциплине «Электротехника и электроника» способствует закреплению теоретических знаний и показывает их практическую значимость. В процессе выполнения лабораторных работ учащиеся приобретают опыт проведения экспериментв, практические навыки сборки электрических схем, умение пользоваться электрическими машинами, аппаратами и приборами, применяемыми на практике. Выполняя работы, учащиеся производят измерения и расчёты, анализирут результаты экспериментов, учатся делать правильные выводы. Для успешного выполнения опытов, предусмотренных лабораторной работой, необходима тщательная предварительная подготовка учащегося. Только изучив по учебникам теоретический материал, осмыслив его сущность и основное содержание работы, а также заранее познакомившись с принципом действия и правилами эксплуатации используемых в лабораторной работе приборов, можно приступить к её выполнению. Перед выполнением каждой лабораторной работы учащийся обязан усвоить основные правила техники безопасности, а закончив её, составить отчёт по приведенной форме.
Правила техники безопасности при проведении лабораторной работы 1 При работе на электроустановках пользоваться диэлектрическим ковриком. 2 Не работать с электроустановками влажными руками. 3 Не касаться не защищённых токоведущих частей, находящихся под напряжением, без средств индивидуальной защиты. 4 Наличия напряжения в сети проверять указателем напряжения. 5 При поражении электрическим током, немедленно отключить напряжение и при отсутствии дыхания и пульса у пострадавшего сделать ему искусственное дыхание или провести непрямой массаж сердца до восстановления дыхания и пульса, вызвать скорую помощь.
Лабораторная работа № 1 Виды соединений резисторов. Проверка законов Ома и Кирхгофа Цель работы: 1 Освоить методику моделирования электрических схем. 2 Практически убедиться в физической сущности закона Ома для участка цепи и всей цепи. 3 Изучить соотношения между токами и напряжениями при последовательном и параллельном соединении резисторов и определить сопротивление электрической цепи. 4 Проверить опытным путём законы Кирхгофа.
Теоретические сведения Расчёт и анализ любых электрических цепей может быть произведён с помощью основных законов электрически цепей: закона Ома, законов Кирхгофа. Как показывают опыты, ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке и обратно пропорционален сопротивлению этого же участка. Эта зависимость известна как «закон Ома»:
R Закон Ома справедлив для линейных цепей. Закон Ома для всей цепи записывается: сила тока в электрической цепи с ЭДС прямо пропорциональна этой ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. І =Е / (r + R)
Согласно первому закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:
Рис. 1. К пояснению первого закона Кирхгофа
Согласно второму закону Кирхгофа, в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех резистивных элементах контура: ΣЕ = ΣІ·R На практике производят расчёт цепей с различными схемами соединения приёмников. Последовательным соединением приёмников называют такое их соединение, при котором конец предыдущего проводника соединяется с началом только одного - последующего. При последователь - ном соединении проводников: І1 = І 2 =...= І n
Напряжение, приложенное к цепи равно сумме напряжений на зажимах отдельных приёмников: U= Ul+U2+... + Un Эквивалентное сопротивление цепи при последовательном соединении приёмников равно сумме сопротивлений отдельных приёмников: R = R1 + R2 +... + Rn Параллельным соединением приёмников называют такое их соединение, при котором все проводники подключены между одной и той же парой точек (узлами). При параллельном соединении приёмников: U= Ul=U2=... = Un I = Il + I2+... + In 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn Приборы и оборудование для работы: • программа Electronics Workbench; • компьютеры, источники электрической энергии Порядок выполнения работы: 1 Проверить Закон Ома для участка цепи и всей цепи. 2 Исследовать цепь при последовательном соединении резисторов. 3 Исследовать цепь при параллельном соединении резисторов. 4 Проверить законы Кирхгофа.
1 Проверка закона Ома для участка цепи и всей цепи 1 Собрать электрическую схему по рисунку 3. 2 Измерить ток и напряжение на внешнем участке цепи. 3 Измерить ЭДС источника, разомкнув цепь питания и подключив вольтметр к зажимам и точника. 4 Определить сопротивления внутреннего и внешнего участков цепи. Записи занести в табл.1. 5 Изменив сопротивление реостата, повторить опыт, данные наблюдений и результаты вычис лений записать в таблицу 1.
Рис. 3 - Схема для проверки закона Ома
2 Исследование цепи при последовательном соединении резисторов 1 Собрать электрическую схему по рисунку 4.
Рис. 4. Схема для исследоваия цепи с последовательным соединением резисторов
2 С помощью амперметра измерить ток в цепи, с помощью вольтметра - падение напряжений на отдельных её участках.
3 Вычислить необходимые величины, пользуясь таблицей 2 и формулами, приведёнными в теоретической части работы.
4 Изменяя параметры резисторов, проделать опыты два и три и заполнить оставшиеся строки таблицы № 2.
Таблйца № 2 Обработка данных опыта 2
3 Исследование цепи при параллельном соединении резисторов 1 Собрать электрическую схему по рисунку 5. 2 Измерить токи и напряжения. Данные записать в таблицу 3. 3 Используя данные наблюдений, произвести необходимые вычисления по таблице 3.
Рис. 5. Схема для исследования цепи с параллельным соединением резисторов
Таблица № 3 Обработка данных опыта 3
4 Исследование законов Кирхгофа 1 Собрать схему по рисунку 6. Установить значения сопротивлений в пределах от 100 до 300 Ом; значения источников ЭДС в пределах от 5 до 15 В; значения источника тока от 0.1 до 0.5 А.
2 Проведите измерения токов в ветвях схемы и падений напряжения на сопротивлениях.
3 По результатам эксперимента заполните третий столбец таблицы 4.
Рис. 6. Схема для исследования законов Кирхгофа
4 Повторите эксперимент при других значениях сопротивлений резисторов, источников ЭДС и тока, заполните четвёртый столбец в таблице 4.
5 Для схемы, представленной на рис. 6, составьте систему уравнений по законам Кирхгофа.
6 Рассчитайте полученную систему линейных алгебраических уравнений относительно токов ветвей. Результаты расчётов занести в таблицу 4.
7 Сравнить значения токов ветвей, полученных по результатам эксперимента и расчёта.
Таблица № 4 Исследование законов Кирхгофа
Промежуточные вычисления _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Выводы:
Контрольные вопросы 1 В чём сходство и различие закона Ома для всей цепи и для участка цепи? 2 Сформулируйте первый закон Кирхгофа. 3 Сформулируйте второй закон Кирхгофа. 4 Какое соединение резисторов называют последовательным? 5 Какое соединение резисторов называют параллельным? 6 Как распределяются токи и напряжения при последовательном соединении резисторов? 7 Как распределяются токи и напряжения при параллельном соединении резисторов? 8 Чему равно полное сопротивление цепи при последовательном й параллельном соединениях резисторов?
|
Например, для узла А (рис. 1)
11 +12 + 13 = 0.
