Робоче завдання

Е	U0	І

3. При вимкнутому вимикачі "К" виконати вимірювання струму в електричному колі та напруг між Іменованими точками і потен­ціалів цих точок, визначивши не лише їхню величину, а й напря­мок, який має бути врахований відповідним знаком. При вимірах потенціалів, точку нульового потенціалу задає викладач.

Всі результати цього досліду занести в таблицю 2.3.

4. Увімкнути вимикач "К" і повторити ті ж виміри, що і в

досліді п.З.

Всі результати цього досліду також заносяться в табл.2.3.

Таблиця 2.3

5. Перевірити відповідність експериментальних даних п.3,4 законам Кірхгофа.

Примітки: 1. Оскільки безпосередній вимір потенціалу будь-якої точки принципово .неможливий, то завжди вимірюють різ­ницю потенціалів міх дослідною точкою і тією, потенціал якої умовно вважається нульовим.

2. Під час вимірів за допомогою вольтметра слід враховува­ти не тільки величину, а й знак різниці потенціалів.

Обробка результатів експерименту

1. Визначити силу струму на відрізках електричного кола: з ЕРС, без ЕРС та в нерозгалуженому електричному колі. Упевнитись у відповідності проведених розрахунків результатам вимірів.

2. Використовуючи метод рівнянь Кірхгофа, розрахувати силу струму в вітках схеми рис.2.1б. занести їх в таблицю 2.3 і порівняти з результатами експерименту п.4.

3. Вирахувати потенціали іменованих точок схеми рис. 2.1б та різницю потенціалів між точками, зазначеними в таблиці 2.3. Результати розрахунків занести в таблицю і порівняти з відповідними експериментальними вимірами.

4. За дослідними даними пп. З, 4 побудувати потенціальні діаграми електричного кола.

5. Зробити висновки по роботі, враховуючи результати екс­периментальних та теоретичних досліджень.

Завдання на навчально-дослідну роботу студентів

1. Пояснити, як зміниться потенціальна діаграма, якщо ну­льовий потенціал присвоїти іншій точці.

2. Нерозгалужене електричне коло має потенціальну діагра­му, зображену на рис. 2.2. Намалювати схему електричного кола, визначити величину ЕРС та всіх опорів, вирахувати силу струму, що протікає в електричному колі.

Рис. 2.2

Методичні вказівки

Перший та другий закони Кірхгофа вважаються основними законами електричного кола.

Перший закон Кірхгофа стосується вузла електричного кола, чи його перетину. Він стверджує, що алгебраїчна сума струмів, які сходяться у вузлі (чи частині) електричного кола, дорівнює нулеві. Інакше сума струмів, що підходять то вузла (перетину), дорівнює сумі струмів, які відповідно відходять.

Математично це записують так: =0. Узагальнений запис першого закону Кірхгофа для будь-якого електричного кола з n_y вузлів та n_в віток:=0; к=1, 2, 3 ..... n_y;

a_kj=0 - якщо вітка "j" не підімкнута до вузла "к";

a_kj =1 - якщо струм вітки "j" спрямований від вузла "к";

a_kj=-1 - якщо струм вітки "j" спрямований до вузла "к". Досить важливою є та обставина, що перший закон Кірхгофа має топологічний характер, тобто не враховує фізичний стан віток, відзеркалюючи лише геометричну структуру електричного кола.

Другий закон Кірхгофа стосується замкненого контура елект­ричного кола. Він стверджує, що алгебраїчна сума спадів напруг всіх віток замкненого контура дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС джерел енергії, що діють в цьому контурі. Математично це записують: =або =0, якщо врахо­вують лише напруги, в тому числі й віток з джерелами ЕРС.

Узагальнений запис другого закону Кірхгофа для будь-якого електричного кола:

N_віток +1 для вітки, що входить в “к”-ий контур з супутним струмом

a_rju_j = 0 а_kj = -1 те ж з протилежним струмом;

k=1,2,3,…,N_{контурів} 0, якщо вітка не входить до складу контура

Лабораторна робота передбачає, що студенти, виконавши не­обхідні виміри, упевнюються в справедливості другого закону Кірхгофа. Для цього слід додати всі напруги окремих ділянок електричного кола, враховуючи знак. Якщо експеримент проведений якісно, то результатом розрахунку мав бути нуль, або близька до нього величина, оскільки при вимірах може мати місце невелика похибка, обумовлена класом точності вольтметра та недостатнім досвідом дослідників.

Студенти також мають упевнитись в справедливості першого закону Кірхгофа відповідно до експерименту п.4.

Графік розподілу потенціалу вздовж будь-якого електричного кола називають потенціальною діаграмою. Її будують таким чином:

1. Визначають напрямок обходу замкненого контуру.

2. Позначають буквами чи цифрами точки контуру.

3. Визначають масштаб для опорів і масштаб для потенціалів.

4. На осі абсцис відмічають точки, що в масштабі відпові­дають величинам опорів окремих ділянок контуру, дотримуючись послідовності розташування опорів в електричному колі.

5. Від цих позначок відмічають ординати, що в масштабі являють потенціали відповідних точок електричного кола. Позначають їх.

6. Побудовані точки потенціалів з'єднують прямими лініями. Будуючи діаграму, внутрішні опори джерел ЕРС зручно уявля­ти окремо, підімкнутими послідовно до своїх джерел. Зміні по­тенціалу упродовж опору, через який проходить електричний струм, на діаграмі відповідає пряма, тангенс кута нахилу якої до осі абсцис пропорційний силі струму. Визначаючи потенціал, слід враховувати:

1. Вздовж напрямку, супутнього з струмом, потенціал в опо­рі зменшується, а в протилежному напрямку - підвищується.

2. На шляху через ЕРС у напрямку від від'ємного затискача до додатнього, потенціал збільшиться на величину ЕРС джерела і зменшиться на величину спаду напруги на його внутрішньому опорі.