Файл: lab1-1a.doc

Содержание лабораторных работ включает анализ характеристик, схем замещения и параметров реальных элементов цепей постоянного тока. В основу положено физическое представление о процессах в электрических цепях. Рассматриваются методы расчета, принципы и свойства цепей. По каждой из работ приводится теоретическая справка, содержащая наиболее существенные положения. Даются методические указания и практические рекомендации, обеспечивающие успешное выполнение работ студентами. Для предварительной подготовки сдачи коллоквиума и защиты выполненной работы прилагается перечень возможных контрольных вопросов.

Даются характеристики и основные параметры лабораторного стенда, источников питания, измерительных приборов, используемых при выполнении работ.

Методические указания по лабораторному практикуму

_Ц

ель лабораторного практикума состоит в более глубоком изучении теоретических положений по теме каждой лабораторной работы и приобретении студентом практических навыков проведения экспериментальных исследований в реальных условиях. Лабораторный практикум позволяет адаптировать применение методов расчета к экспериментальным исследованиям. При проведении работ в лаборатории необходим учет конкретных параметров и характеристик элементов цепи. Приобретаются навыки сборки и диагностики состояния электрической цепи в установленном режиме. При анализе получаемых результатов и сопоставлении данных опыта и расчета учитывается проявление электрофизических характеристик реальных элементов и электрической цепи в целом.

Содержание каждой лабораторной работы предполагает выполнение студентом подготовки к работе и сдачу коллоквиума. Выполнение экспериментальной части работы в лаборатории завершается защитой.

Подготовка к работе. Оформление отчета. При подготовке к работе рекомендуется начинать с изучения теории по теме работы, приведенной в теоретической справке, литературе библиографического списка, конспекте лекций и практических занятий. Далее изучается описание к работе. Завершается подготовка составлением бланка отчета.

Титульный лист отчета содержит наименования университета и кафедры. Приводятся номер работы и ее полное название. Титульный лист содержит «Выполнил», «Принял» с указанием наименования института, номера группы, фамилии и инициалов студента и преподавателя.

Отчет оформляется форматом А4 с записью на одной стороне листа.

Коллоквиум проводится только при наличии у каждого студента оформленного должным образом бланка отчета. Бланк состоит из двух разделов: подготовки к работе и рабочего задания. Каждый пункт, как подготовки, так и рабочего задания в обязательном порядке сопровождается кратким наименованием, отображающим содержание пункта.

Особое внимание при составлении бланка отчета следует уделять рабочему заданию как планированию проведения эксперимента. Состояние этого раздела, как подготовленного протокола, учитывается при сдаче коллоквиума. Обращается внимание на следующее:

наличие кратких наименований пунктов рабочего задания;
присутствие схем проведения эксперимента с указанием источников, типов приборов, значений параметров элементов, диапазона изменения величин; это способствует оперативному проведению эксперимента и получению верных результатов;
заготовленные предварительно таблицы с возможностью их продолжения, формулы расчета;
ожидаемые результаты в виде численных значений, отчётливое представление физики происходящих процессов предопределяют результаты экспериментов.

Выполнение работы. Предварительно следует ознакомиться с аппаратурой, расположением элементов электрической цепи на стенде; записать в отчет номер стенда.

Сборка цепи проводится строго в соответствии со схемой. Начинается сборка с одного из контуров (токовой части). Далее присоединяются параллельные ветви и в последнюю очередь – вольтметры. Перед включением питания необходимо внимательно проверить правильность собранной цепи, сопоставляя её с начерченной схемой. Не делая записей в протокол, предварительно нужно убедиться в возможности достижения требуемого значения или получения качественно предполагаемой зависимости. Выбираются интервалы, через которые следует проводить запись показаний приборов. Для получения исследуемых зависимостей вполне достаточно предусмотреть занесение в таблицу протокола значений для режимов в цепи.

Рекомендуется разбирать цепь, если есть полная уверенность в правильности полученных результатов, подтвержденных преподавателем.

Представление на визирование преподавателем неряшливо оформленных записей не допускается.

Защита лабораторной работы проводиться после обработки опытных данных, сопоставления результатов эксперимента и расчета, анализа и объяснения расхождения значений.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 параметры и характеристики элементов линейной цепи постоянного тока Описание установки

Лабораторная работа выполняется на стенде, содержащем модуль питания с источниками постоянного напряжения, обозначенными как UZ1, UZ4, и источником постоянного тока UZ2. Общий блок питания стенда включается автоматом «220В», источники UZ1, UZ2 включаются автоматом SA1, а источник UZ4 включается индивидуальным автоматом SA3.

Источник напряжения UZ1 и источник тока UZ2 являются реальными источниками, как физические модели реальных генераторов. Регулирование на выходе соответственно напряжения или тока в них не предусмотрено. Источник напряжения UZ4 является идеальным источником ЭДС с регулируемым постоянным напряжением на выходе « = 0…12В/0,5А»

В модуле резисторов значения сопротивлений резисторов R1, R2, R3 устанавливаются ступенчато переключателем. Значения сопротивлений на магазине сопротивлений устанавливаются по отдельным декадам. Для измерения постоянного тока и напряжения используются стрелочные миллиамперметры и вольтметр, приборы магнитоэлектрической системы с равномерным распределением делений по шкале. Показание этих приборов положительно, если при подключении их в цепь, выполняется соединение «плюса» к гнезду расположенному справа относительно прибора. На стенде имеется цифровой вольтметр В7-38, который используется как мультиметр для измерения сопротивлений резисторов в положении переключателя «КΩ», и, для измерения постоянного напряжения, в положении «V=». Вольтметр В7-38 является идеальным прецизионным вольтметром с автоматическим выбором пределов измерений, внутреннее сопротивлением которого можно считать бесконечно большим.

Краткое содержание работы

Сопротивление одного из резисторов определяется методом амперметра и вольтметра по двум схемам измерения. Экспериментально снимаются вольтамперная характеристика линейного резистора и внешние характеристики источника постоянного напряжения и источника постоянного тока. На основании полученных характеристик составляются схемы замещения источников и определяются параметры элементов этих схем. Рассматривается реализация идеального источника регулированием.

Теоретическая справка

Основными элементами электрической цепи являются источники и приемники. Для их описания в цепях постоянного тока используют зависимость напряжения U на зажимах элемента от тока I в нём. Эта зависимость U(I) называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) элемента. Применительно к источникам электрической энергии эта зависимость называется внешней характеристикой источника.

Приемники энергии.Приемники представляются резисторами, учитывающими преобразование электрической энергии в тепловую. Изображение резистора на схемах и ВАХ приведены на рис.1.

Положительное направление тока I в ветви с резистором R рис.1 принимается от большего потенциала к меньшему. Направление напряжения U на резисторах обычно не указывается, так как оно определяется выбранным направлением тока I. Аналитическое выражение ВАХ определяется законом Ома U=RI. Значение сопротивления резистора R₁ из графика ВАХ рис.1 может быть определено из отношения напряжения U₀к току I₀ для одного из режимов, т.е. R₁= U₀ / I₀. ВАХ, показанная на рис.1 пунктиром, соответствует уменьшению сопротивлению R₁в два раза. Очевидно, что изменение положения исходного графика при этом, определяется смещением одной из точек, обусловленным увеличением тока в два раза при неизменном напряжении.

Идеальные источники. Введение понятий идеального источника ЭДС Е и идеального источника тока J упрощает анализ электрических цепей.

Обозначение источника ЭДС E на схеме и его внешняя характеристика U(I) при изменении сопротивления нагрузки приведены на рис. 2. Стрелка в обозначении ЭДС Е характеризует увеличение потенциала внутри источника, а положительное направление напряжения U на выходе его (см. рис.2), противоположное направлению стрелки ЭДС, определяет направление уменьшения потенциала во внешней цепи. Напряжение на выходе U_х при , I=0, т.е. в режиме холостого хода, остается постоянным и равным ЭДС Е при любом значения тока, Е=U=const.