Файл: Отчет по лабораторной работе 1 исследование цепи постоянного тока с пассивными элементами.docx
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 133
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА, ГЕОЛОГИИ И ГЕОТЕХНОЛОГИЙ
Институт
Электрификация горно-металлургического производства
кафедра
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1
«ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАССИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ»
наименование темы
Канд. тех. наук, доцент _____________ Р.А. Майнагашев
подпись, дата инициалы, фамилия
Студент ГГ21-12 ___________ Титов И.А.
номер группы подпись, дата инициалы, фамилия
Красноярск 2023
Цель работы: Изучить законы Кирхгофа, закон Ома. Рассмотреть последовательное, параллельное и смешанное соединение токоприёмников, исследовать распределение токов, напряжений и мощностей в каждой цепи.
Теоретические сведения:
Первый закон Кирхгофа.
Законы Кирхгофа применяются для определения токов в ветвях линейных и нелинейных схем при любом законе изменения во времени токов и напряжений.
Первый закон Кирхгофа выражает закон сохранения количества электричества (движение зарядов в цепи происходит так, что ни в одном из узлов они не скапливаются).
Применяется первый закон к узлам электрической схемы и формулируется так: Алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в любом узле электрической схемы, равна нулю.
Второй закон Кирхгофа.
Алгебраическая сумма ЭДС, действующая в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения в этом контуре.
Закон Ома.
Закон Ома – эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или электрического напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника.
где I – ток, протекающий по цепи, измеряется в амперах; U напряжение, приложенное к цепи, измеряется в вольтах; R – сопротивление, измеряется в омах
Порядок выполнения работы.
Часть 1. Последовательное соединение приёмников.
-
Соберите цепь по схеме.
Рисунок 1 – Последовательное соединение приёмников
-
Установите напряжение на входе U = 10 В; сопротивления R1 = 100 Ом, R2 = 220 Ом, R3 = 470 Ом. Проведите измерение тока. Заполните таблицу.
Таблица 1 – Установленные, измеренные и вычисленные величины
| Установлено | Измерено | Вычислено | |||
| R1Ом | R2,Ом | R3 ,Ом | U,В | I, A | U1,В |
| 100 | 220 | 470 | 10 | 0,0126 | 1,26 |
Продолжение таблицы 1
| Вычислено | ||||||||
| U2,В | U3,В | RЭ, Ом | Р, Вт | Р1,Вт | P2, Вт | Р3 , Вт | ∑Р, Вт | ∑U, В |
| 2,77 | 5,92 | 790 | 0,126 | 0,016 | 0,035 | 0,074 | 0,125 | 9,95 |
Из формулы (1.3) находим напряжение: U=I*R
U1 = 0,0126*100 = 1,26 В
U2 = 0,0126*220 = 2,77 В
U3 = 0,0126*470 = 5,92 В
Эквивалентное сопротивление для последовательного соединения:
RЭ = R1+R2+R3 (1.4)
RЭ = 100+220+470 = 790 Ом
Мощность:
P=U*I (1.5)
P = 10*0,0126 = 0,126 Вт
P1 = 1,26*0,0126 = 0,016 Вт
P2 = 2,77*0,0126 = 0,035 Вт
P3 = 5,92*0,0126 = 0,074 Вт
∑Р = P
1+P2+P3 = 0,016+0,035+0,074 = 0,125 Вт
∑U = U1+U2+U3 = 1,26+2,77+5,92 = 9,95 В
Часть 2. Параллельное соединение приёмников.
-
Соберите цепь по схеме
Рисунок 2 – Параллельное соединение приёмников
-
Установите напряжение на входе U = 10 В; сопротивление R1 = 100 Ом, R2 = 220 Ом, R3 = 470 Ом. Проведите измерение общего тока. Заполните таблицу.
Таблица 2 – Установленные, измеренные и вычисленные величины
| Установлено | Измерено | | |||
| R1,Ом | R2,Ом | R3,Ом | U, В | I, А | I1,А |
| 100 | 220 | 470 | 10 | 0,164 | 0,1 |
Продолжение таблицы 2
| Вычислено | ||||||||
| I2, А | I3, А | I1+I2+I3,А | RЭ, Ом | Р, Вт | Р1,Вт | Р2,Вт | Р3,Вт | ∑Р, Вт |
| 0,045 | 0,021 | 0,166 | 59,98 | 1,64 | 1 | 0,45 | 0,21 | 1,66 |
По формуле (1.3) найдем силу тока: I = U/R
I1 = 10/100=0,1 А
I2 = 10/220=0,045 А
I3 = 10/470=0,021 А
∑I = I1+I2+I3 = 0,1+0,045+0,021 = 0,166 А
Эквивалентное сопротивление для параллельного соединения:
Тогда:
RЭ= 59,98 Ом
Из формулы P=U*I находим мощность: P = 10*0,164 = 1,64 Вт
P1 = 10*0,1 = 1 Вт
P2 = 10*0,045 = 0,45 Вт
P3 = 10*0,021 = 0,21 Вт
∑Р = P1+P2+P3 = 1+0,45+0,21 = 1,66 Вт
Часть 3. Смешанное соединение приёмников.
-
Соберите цепь по схеме.
Рисунок 3 – Смешанное соединение приёмников
-
Установите напряжение на входе U = 15 В; сопротивления R1 = 220 Ом, R2 = 100 Ом, R3 = 330 Ом, R4 = 680 Ом. Проведите измерение тока I1. Заполните таблицу.
Таблица 3 – Установленные, измеренные и вычисленные величины
| Установлено | Измерено | Вычислено | |||||||
| R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | R4, Ом | U, В | I1, А | I3, А | I4, А | U1, В | |
| 220 | 100 | 330 | 680 | 15 | 0,028 | 0,0183 | 0,0089 | 6,16 | |
Продолжение таблицы 3
| Вычислено | |||||||||
| U2, В | U3, В | U4, В | RЭ, Ом | P,Вт | P1,Вт | P2,Вт | Р3, Вт | Р4, Вт | ∑Р, Вт |
| 2,8 | 6,04 | 6,04 | 542,18 | 0,42 | 0,172 | 0,078 | 0,111 | 0,054 | 0,415 |
По формуле (1.3): U= I*R; I=U/R
U1 = 0,028*220 = 6,16 В
U2 = 0,028*100 = 2,8 В
U3 = U4 = 15-6,16-2,8 = 6,04 В
I3 = 6,04/330 = 0,0183 А
I4 = 6,04/680 = 0,0089 А
Эквивалентное сопротивление для смешанного соединения:
Тогда:
Мощность:
∑Р = P1+P2+P3+P4 = 0,17248+0,0784+0,110532+0,053756 = 0,415168 Вт
Вывод: Таким образом, изучил законы Кирхгофа. Рассмотрел последовательное, параллельное и смешанное соединение токоприёмников, провёл исследование распределения токов, напряжений и мощностей в каждой цепи.
Исходя из этого, в цепях постоянного тока с пассивными элементами сила тока распределяется равномерно по всем элементам цепи, так как они являются линейными элементами. Напряжение в цепи распределяется пропорционально сопротивлениям элементов, то есть на элементе с большим сопротивлением напряжение будет выше, чем на элементе с меньшим сопротивлением. Мощность в цепи рассчитывается как произведение напряжения на силу тока и также распределяется пропорционально сопротивлениям элементов.
Мощность в цепи смешанного соединения рассчитывается как сумма мощностей каждого элемента в цепи. Для каждого элемента необходимо определить, является ли он частью параллельного или последовательного соединения. Для элементов в параллельном соединении мощность рассчитывается как произведение квадрата напряжения на обратное значение сопротивления элемента, а для элементов в последовательном соединении - как произведение квадрата силы тока на сопротивление элемента.
Мощность на линии не равна суммарной мощности на каждом участке цепи из-за потерь мощности на сопротивлении проводов. Провода имеют конечное сопротивление, которое вызывает потери мощности в виде тепла. Эти потери мощности не учитываются при расчете мощности на каждом элементе цепи, поэтому мощность на линии будет немного меньше суммарной мощности на всех элементах цепи.