Тақырып: Тұрақты токтың тармақталған және тармақталмаған электр тізбектерін зерттеу. Жұмыстың мақсаты

30 B

d R₃

2.5-сурет. Тармақталмаған электр тізбегінің сұлбасы

30 B

R₁ R₂ R₃

2.6-сурет. Тармақталған электр тізбегінің сұлбасы






Тапсырмалар

1. 
   Тармақталмаған, кейін тармақталған электр тізбектерін құру. Ток күші мен кернеуді өлшеу. Осы өлшемдерді кестеге енгізу.
   
2. 
   Тармақталмаған электр тізбегіне арналған потенциалдық диаграмманы осы тәжірибелік мәліметтермен құрастыру.
   
3. 
   Тармақталған және тармақталмаған тізбектер үшін есептеулер бойынша Кирхгов заңын тексеру.
   
4. 
   Тармақталмаған және тармақталған тізбектердегі қуат тепе-теңдігін тексеру.
   
5. 
   Алынған нәтижелер мен тәжірибелерді салыстырып, қорытынды жазу.
   

Кесте 2.1

Тізбек аймағы	Өлшеулер нәтижесі						Есептулер нәтижесі
	U, B	I, A	,B	,B	,B	,B	P, Bт	R, Ом
Кедергі R1
Кедергі R2
Кедергі R3
Жалпы кедергі

Кесте 2.2

Тізбек аймағы	Өлшеулер нәтижесі		Есептулер нәтижесі
	U, B	I, A	P, Bт	R, Ом	G, См
Кедергі R1
Кедергі R2
Кедергі R3
Жалпы кедергі

1. 
   Тізбек нүктелерінің потенциалдары белгілі болса, онда тізбек элементтерінің кернеулерін қалай анықтауға болады?
   
2. 
   Тізбек элементтерінің токтардың және кернеулердің бағыты қалай анықталады?
   
3. 
   Кирхгофтың I заңы қандай заңдылықты тағайындайды?Өрнегін жазып, түсіндіріңіз.
   
4. 
   Кирхгофтың II заңы қандай заңдылықты тағайындайды?Өрнегін жазып, түсіндіріңіз.
   
5. 
   Қорек көздерінің жұмыс әлпі қалай анықталады?
   
6. 
   Қуаттар балансының теңдеуі нені көрсетеді және не үшін құрылады?
   
7. 
   Потенциалдық диаграмма деген не және ол не үшін тұрғызылады?
   

Жұмыс мақсаты: кедергі шамасын анықтау бойынша тәжірибелер жүргізу.

Вольтамперлік сипаттама деп кедергіден өтетін токтың, сол кедергідегі кернеуге тәуелділігін атайды. ВАС графикалық түрде бейнелегенде абцисса білігі бойынша кернеуді, ординат білігі бойынша токты салады.

ВАС түзу сызық болатын кедергілер сызықты кедергілер деп аталады, ал тек қана сызықты кедергілерден тұратын электрлік тізбектер сызықты электрлік тізбектер деп аталады.

ВАС түзу сызық болмайтын кедергілер сызықты емес кедергілер деп аталады, ал тек қана сызықты емес кедергілерден тұратын электрлік тізбектер сызықты емес электрлік тізбектер деп аталады.

ВАС бойынша, кернеу шамасын сәйкес келетін ток мәніне бөлгенде, кедергі шамасын анықтауға болады. Егер ВАС түзу сызық болса, онда кедергі шамасы барлық сипаттама бойынша бірдей болады, ал егер ВАС түзу сызық болмаса, онда кедергі шамасы барлық сипаттама бойынша әр түрлі болады. Электротехникада қолданылатын кедергілерді былай бөлуге болады: кіші (1 Ом-ға дейін), орташа (1 ден 100 000 Ом-ға дейін) және үлкен (100 000 Ом-нан жоғары).

а) б)

1.2 Сурет - Вольтамперлік сипаттамалар

Резистордың r кедергісін өлшеудің ең қарапайым жанама әдісі болып амперметр және вольтметр арқылы өлшеу әдісі болып саналады (кіші кедергілер үшін 1.3 а суреттегі сызба бойынша, ал орташа кедергілер үшін 1.3 б суретіндегі сызба бойынша).
Онда ізделулі кедергі

мұнда және - аспаптар көрсеткен мәндер.

а) б)
а) кіші кедергілерді өлшеу үшін; б) үлкен кедергілерді өлшеу үшін

1.3 Сурет - Кедергілерді амперметр және вольтметр арқылы өлшеу

сызбасы

1.3 а суреттегі сызба бойынша, кедергісі дәлірек мына формуламен есептеледі

Бірақ, вольтметр кедергісі кедергіден көбірек болғандықтан , онда амперметрмен өлшенетін ток шамамен кедергідегі токқа тең болады. I_AI_V деп қабылдап кедергісін мына формуламен анықтауға болады

мұнда өлшеу қателігі 1% көп болмайды.

1.3 б суреттегі сызба бойынша, кедергісі дәлірек мына формуламен есептеледі

(1.2)

амперметр кедергісі кедергіден аз болғандықтан , онда вольтметр кернеуі шамамен кедергідегі кернеуге жақын болады және (1.1) формуламен анықталады.

шамасын амперметр және ваттметр немесе вольтметр және амперметр арқылы есептеуге болады (1.4 б сурет).

1.4 Сурет

1.3.1 Тәжірибе жолымен сызықты және сызықты емес кедергілердің вольтамперлік сипаттамасын құру үшін керекті мәліметтерді анықтау керек.

1.3.2 Кедергісі бар тізбектің қуат шамасын, тогын және кернеуін анықтау керек.

1.3.3 Тәжірибенің берілгендері бойынша зерттелулі тізбектегі кедергі шамасын есептеу керек.

1.4.1 «Тапсырма» бөлімінің 1 пунктін орындағанда 1.6 суретте көрсетілген сызбаны жинау керек. ретінде кедергілер жинағы пайдаланады. шамасын 200 Ом-нан кем қылмай орналастыру қажет. Токтың өлшеу шегі- 0,1А, тұрақты токтың кернеуі – 30 В. Сызба кірісіндегі кернеуді, 0 ден 30 В дейін өзгертіп, аспаптардың 5 пар көрсеткішін жазу керек. Сызықты емес кедергі ретінде сигналдық шам пайдаланады, бұл үшін сызбада, кедергілер жинағының орнына сигналды шамды қосу қажет.

1.4.2 Тапсырма бөлімінің 2 пунктін орындағанда 1.4 суреттегі сызбаны жинау керек. шамасын 200 Ом-нан кем қылмай орналастыру қажет. Токтың өлшеу шегі- 0,1А. Токты, сызба кірісіндегі кернеуді өзгерту арқылы қойып, токтың әр түрлі үш мәні үшін, аспаптардың көрсеткен мәндерін 1.2 кестеге жазу керек.

	Резистор		Шам
	U, B	I, мA	U, B	I, мA
1 2 4 5

1.1 Кесте

1.5 Сурет

1
.2 Кесте 1.3 Кесте

P, Вт					Резистор				Шам
I, A					U, B
U, B					I, мA
r, Ом					r, Ом
ескертулер - r – есептелген мәндер

1.4.3 1.4 суреттегі сызбаны жинау керек. шамасын 2 пунктегідей алу керек. Кернеудің өлшеу шегі – 30 В. Кернеудің әр түрлі 3 мәні кезінде, 1.2 кестесіне аспаптардың көрсетуін жазу керек.

1.4.4 1.1 кестесінде берілгендері бойынша бір суретте, резистор мен шамның вольтамперлік сипаттамаларын салу керек.

1.4.5 Вольтамперлік сипаттамалар бойынша 3 нүкте үшін резистор мен шамның кедергі шамасын есептеу керек. 1.3 кестесіне есептеулер нәтижесін жазу керек.

1. Сызықты (сызықты емес) деп қандай кедергілерді айтады?

2. Вольтамперлік сипаттама деп нені айтады?

3. Вольтамперлік сипаттама бойынша, кедергі шамасын қалай анықтауға болады?

4. Қуат белгілі болғанда, кедергі шамасын анықтайтын формуланы жаз.

№2 зертханалық жұмысыңың қорғау тәртібі

1) Электрлік схеманы құру.

2) Резистрдың вольтамперлік қасиетін анықтау үшін, S1 кілтін бейтарап күйге қосу, S2 кілтін (1) орналастыру.Кернеуді кедергі реттеуіштің көмегімен 0-ден 27 В дейін өзгертеміз.Өзгерген нәтижені 3.1 кестесіне жазамыз.

3) Шамның вольтамперлік қасиеттін анықтау үшін, І-ші орынға S1кілтін орнатып, ал S2 кілтін бейтарап күйге орнатамыз.Rper кернеуін 0-ден 27 В дейін өзгерте отырып ток күшін анықтау.Шыққан нәтижені 3.1 кестесіне жазу.

3.1 кесте

	Резистор		Шам
	U, B	I, мA	U, B	I, мA
1 2 3 4 5

4)UR резисторы және UA шамның кернеуін берілген U-дың 2-ші мәнәнде анықтау.І ток тізбегінде S1 кілтін (2)орынға,ал S2 кілтін бейтарап орынға қою.Шыққан нәтижені 3.2 кестесіне жазу.

3.2 кесте

Тізбектей қосылыс

5) U кернеуінің 2-ші мәнінде І1, І2, І3 тогын өлшеу.( S1 және S2 кілтін орнату).Шыққан нәтижені 3.3 кестеге жазу.

Параллель қосылыс

Жұмыс мақсаты: эксперементті түрде Ом және Кирхгоф заңының дұрыстығына көз жеткізу және тұрақты ток тізбектерінің негізгі қатынастарын тексеру.

Тұрақты токтың электр тізбектерін есептеудің барлық қазіргі жаңа әдістері Ом және Кирхгоф заңдарына негізделген.

Ом заңы қабылдағыштың (жүктеменің) r кедергісіндегі J тогы мен U кернеуі арасындағы байланысты орнатады

I = U / r (2.1)

2.1 Сурет

_С нүктенің потенциалы _а нүктесінің потенциалынан ЭҚК Е шамасына үлкен

_С = _а + Е (2.3)

Электр тізбегіндегі ток, потенциалы жоғары (с) нүктеден, потенциалы төмен нүктеге бағытталады (b) _а  _b . Сондықтан

_с = _b + rI (2.4)

немесе

U_r = rI = _c - _b

_а + Е= _b + rI ,

одан (2.2) формуласы шығады.

Тармақталған электрлік тізбектерді есептегенде түйін, тармақ, контур деген түсініктер еңгізіледі.

Электр тізбегінің тармағы, тізбектеп қосылған ЭҚК энергия көздерінен және қабылдағыштардан (кедергілерден) тұратын бөлігі.

Тізбектің түйіні – үш немесе одан да көп тармақтардың қосылу жері.

Тізбектің контуры – бірнеше тармақтардан құрылған тізбектің тұйық бөлігі.

Кирхгофтың бірінші заңы электрлік сызбаның тармақтарына қолданылады және келесідей бейнеленеді: түйіндегі токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең

 I = 0 (2.5)

(2.5) теңдеуіндегі токтардың бірдей таңбалары, қарастырылып жатқан түйін бойынша бірдей оң бағытқа ие токтарға алынады. Есептеу кезінде токтардың оң бағыттары ерікті алынады.

Кирхгофтың 2-ші заңы тізбектің контурларына қолданылады: кез келген контурда, осы контурға кіретін кедергілер кернеулерінің алгебралық қосындысы ЭҚК алгебралық қосындысына тең

 rI =  E (2.6)

немесе

 U =  E

Кирхгофтың бірінші заңы бойынша n теңдеу құрастырылады

n = y - 1 (2.7)

мұнда y – қарастырылып жатқан сызбадағы түйіндер саны.

Кирхгофтың екінші заңы бойынша m теңдеу құрастырылады

m = b - b_i - n , (2.8)

мұнда b – сызбадағы тармақтардың саны;

b_i –токтың энергия көзі бар тармақтардың саны.

2.2 суреттегі сызбаның токтарын есептеу үшін Кирхгофтың заңдары бойынша теңдеулер құрастырамыз.

2
r₄

I₁ - I₂ - I₃ = 0

J + I₃ - I₄ - I₅ = 0

I₄ + I₅ - J - I₆ = 0 (2.9)

(r₁+ r₂) I₁ + r₃ I₂ = E

r₄ I₃ + r₆ I₄ + r₅ I₆ - r₃ I₂ = E₃ - E₂

r₇ I₅ - r₆ I₄ = E₂

(2.9) теңдеулер жүйесінен ЭҚК, токтардың энергия көзінің тогы және сызбаның кедергілері белгілі болғанда, сызба тармақтарындағы токтарды есептеуге болады. Көбінесе 2 түйіннен тұратын сызбалар

жиі кездеседі (2.3 сурет).


b
2.3 Сурет

Бұндай сызбаларды есетеу үшін екі түйін әдісі қолданылады, онда ізделулі шама ретінде екі түйін арасындағы U_ab кернеуін қабылдайды. Ол келесі формуламен анықталады

(2.10)

мұнда - i –ші тармақтың өткізгіштігі;

R_i –сәйкес тармақтың кедергісі (мысалы , R₁ = r₁ + r₂).
Сызбаның тармақтарындағы токтар келесі формулалармен есептеледі

; ; ;

2.3 Тапсырма

2.3.1 2.4 суреттегі сызба аспаптарының көрсеткен мәндерін анықтау. 2.1 кестесінде есептеу параметрлері көрсетілген.

2.4 Сурет