Лабораторная работа по дисциплине «Физика» для УГНТУ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель работы: определение выходного сопротивления источника питания; собрать схему делителя напряжения с рассчитанными параметрами схемы. Приборы и материалы: ГСФ-2; вольтметр; магазины сопротивлений на модуле М1; соединительные провода. 2 Краткая теория работы В проводящей среде под действием эл. поля возникает упорядоченное движение эл. зарядов – эл. ток. Для возникновения и поддержания эл. тока в проводящей среде необходимы два обязательных условия: — наличие эл. поля, под действием сил которого эл. заряды получают направленное и упорядоченное движение; — наличие замкнутого пути для движения эл. зарядов. Эл. поле в проводящей среде создаётся и поддерживается при помощи источников эл. энергии. Замкнутый путь, по которому проходит эл. ток, называется эл. цепью. Основными элементами эл. цепи являются: — источник эл. энергии; — потребитель эл. энергии; — соединительные провода. Кроме того, в состав эл. цепей (рисунок 1) могут входить различные измерительные приборы, устройства, обеспечивающие замыкание цепей, предохранители и другие вспомогательные элементы. Нагрузка R, обладающая определённым сопротивлением, является участком цепи. Значение тока на этом участке цепи зависит от действующего на нём напряжения и его сопротивления: чем больше напряжение и меньше сопротивление, тем большим ток будет идти по участку цепи. Эта зависимость тока от напряжения и сопротивления выражается следующей формулой:, где I – ток, А; U – напряжение, В; R – сопротивление, Ом. Читается это выражение так: ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален его сопротивлению. Это основной закон электротехники, именуемый законом Ома, для участка цепи. Закон Ома справедлив не только для участка цепи, но и для всей эл. цепи. В этом случае в значение R подставляется суммарное сопротивление всех элементов цепи, в том числе и внутреннее сопротивление источника тока. Добавочный резистор, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой (рисунок 2) можно рассматривать как резистор, «гасящий» часть напряжения, действующего в цепи. Напряжение, которое гасится добавочным резистором или, как говорят, падает на нём, будет большим, чем больше сопротивление этого резистора. Таким образом, изменяя сопротивление, можно уменьшать или увеличивать напряжение, которое падает на добавочном резисторе, и таким образом регулировать ток в цепи. Но добавочный резистор R в такой цепи может быть переменным, т.е. резистором, сопротивление которого можно изменять (рисунок 2). В этом случае с помощью движка резистора можно плавно изменять напряжение, подводимое к нагрузке, а значит, плавно регулировать ток, протекающий через эту нагрузку. Включённый таким образом переменный резистор называют реостатом. Есть, однако и другой способ подключения нагрузки к источнику тока с избыточным напряжением – тоже с помощью переменного резистора, но включённого с потенциометром, т.е. делителем напряжения, как показано на рисунке 3. К параллельному соединению прибегают в тех случаях, когда надо ограничить ток не во всей цепи, как при последовательном включении добавочного резистора, а только в каком-то участке её. Добавочные резисторы подключают, например, параллельно к миллиамперметрам, чтобы ими можно было измерять большие токи. Такие резисторы называют шунтирующими или шунтами. 3 Описание аппаратуры 3.1 Генератор сигналов функциональный ГСФ-2 предназначен для постановки лабораторных работ по курсам «Электричество», «Волновые процессы», и др. в физическом практикуме вузов, колледжей, физико-математических лицеев и школ. ГСФ-2 содержит 4 функциональных блока: -частотомер — таймер; -задающий генератор; -усилитель низкой частоты; -источник постоянного напряжения. Эти блоки могут работать совместно или независимо друг от друга. Органы управления сгруппированы на передней панели ГСФ. Технические данные -диапазон частот для задающего генератора – 0,3Гц-1500кГц; -диапазон частот для усилителя — 0-20Гц; -выходные сигналы – гармонический, пилообразный, прямоугольный; -выходное напряжение – 0-20В; -максимальный ток нагрузки – 1А. 3.2 Вольтметр универсальный В7-58/2 предназначен для измерения: -постоянного напряжения; -среднего квадратического значения переменного напряжения; -сопротивления постоянному току; -силы постоянного тока; -среднего квадратического значения переменного тока. Вольтметр представляет собой цифровой прибор, принцип действия которого основан на преобразовании измеряемой величины (напряжения, тока) в нормированное значение постоянного напряжения от 0 до 2 В с последующим его преобразованием в цифровой код с помощью однокристального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), работающего по методу двойного интегрирования. Преобразователь переменного напряжения представляет собой линейный преобразователь средних квадратических значений. Измерение сопротивления осуществляется с помощью АЦП путём сравнения падения на измеряемом сопротивлении и на соединённом последовательно с ним резистора. Измерение токов осуществляется путём преобразования измеряемых величин токов в напряжение при протекании их через образцовые сопротивления токов шунтов. Управление осуществляется с помощью кнопочных переключателей, расположенных на передней панели: Функциональное назначение переключателей: -переключатели режимов измерения «V», «mA», «кΩ»; -6 переключателей пределов измерения; -переключатель рода измеряемого напряжения и тока. Для предохранения вольтметра от перегрузки по сети на задней панели вольтметра в корпусе сетевой вилки установлены плавкие вставки, для предотвращения вольтметра при случайных перегрузках в гнездо «mA» на передней панели вольтметра установлена плавкая вставка на номинальный ток 2А. 3.3 Модуль М1 «ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА» предназначен для сборки электрических схем постоянного тока и постановки лабораторных работ. Модуль М1 включает следующие элементы: -R1-потенциометр; -R1-R17-магазины сопротивлений; -С1-С3-конденсаторы; -КД- диод кремниевый; -ГД- диод германиевый; -КТ- транзистор; -ЛН- лампа накаливания; -Е1-Е2- выхода питания +/- 12В; -Е3-Е6- выходы преобразователя питания; -ТМ- часы- таймер. 4 Порядок выполнения работы 4.1 В генераторе ГСФ-2 (рисунок 4) отключите задающий генератор от усилителя, путём переключения тумблера 1 в среднее положение «0».