федеральное агентство связи

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ (МТУСИ)
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа № 4
Распределение потенциала вдоль неразветвленной
электрической цепи
Выполнил студент группы ЗС.05.02 ОТФ-2
_______________ И.И. Иванов
Москва 2006
Цель работы:
С помощью программы Micro-Cap проследить изменение потенциала вдоль
замкнутого контура. Познакомиться с применением виртуальных вольтметров и
амперметров. Убедиться с помощью машинного эксперимента в справедливости
закона Ома.
1 Направление ЭДС совпадает с направлением тока
1.1 Рассчитать, используя закон Ома для замкнутой цепи, значение
постоянного тока I в контуре и напряжение на всех его элементах (Схема 1).
Схема 1
E=12 В – ЭДС источника;
R1=2 Ом – сопротивление первого резистора;
R2=4 Ом – сопротивление второго резистора;
V0, V1, V2 и V3 – потенциалы в точках 0, 1, 2 и 3.
I – ток в контуре.
I = U/R – закон Ома для участка цепи
U = I x R – падение напряжения на сопротивлении R
I = (Vn – Vk + ∑E) / ∑К – обобщённый закон Ома,
Где Vn – потенциал узла n; Vk – потенциал узла k; ∑E – алгебраическая сумма всех
ЭДС данного участка ветви (Е берется со знаком «плюс», если направление ЭДС
совпадает с направлением тока, иначе со знаком «минус»); ∑R – арифметическая
сумма всех сопротивлений данного участка ветви.
Таблица 1
По предварительному расчету Получено экспериментально
N
I = 2 A,
I = 2 A,
UE = 12 B,
UE = 12 B,
UR1 = 4 B,
UR1 = 4 B,
UR2 = 8 B,
UR2 = 8 B,
VN, B
VN, B
0
0
0
1
12
12
2
8
8
3
0
0
1.1 Предварительный расчет
Положим потенциал в точке «0» равным нулю.
Построим график распределения потенциала вдоль контура в масштабе (рис. 2).
V, B
V1
V2
0 (V3)
R1
R2
R, Ом
Рис. 1
1.2 Расчет на ЭВМ
Распределение потенциала вдоль контура
V1
V, B
UR1
V2
UR2
0 (V3)
R1
R2
Рис. 2
R, Ом
2 Направление ЭДС не совпадает с направлением тока
Повторим эксперименты по измерению тока с помощью амперметра и потенциалов
с помощью вольтметра при обратном включении батареи V1. Остальные элементы
оставим неизменными (Схема 2).
Схема 2
Таблица 2
По предварительному расчету Получено экспериментально
N
I = -2 A,
I = -2 A,
UE = 12 B,
UE = 12 B,
UR1 = 4 B,
UR1 = 4 B,
UR2 = 8 B,
UR2 = 8 B,
VN, B
VN, B
0
0
0
1
-12
-12
2
-8
-8
3
0
0
2.1 Предварительный расчет
Распределение потенциала вдоль контура:
V, B
R2
R1
0(V3) 0
4
y
f1( x)
8
V2
V1
12
0
2
Рис.
3
f( y )  x
4
6
R, Ом
2.2 Расчет на ЭВМ
Распределение потенциала вдоль контура:
V, B
R2
R1
0
0(V3)
UR24
y
f1( x)
8
V2
UR1
12
0
V1
2
Рис.
f( y )4 x
4
6
Выводы
Результаты, полученные при предварительном расчёте, с точностью совпадают с
результатами снятыми при эксперименте с компьютера при помощи программы
Micro-Cap.
3 Вопросы для самопроверки
1. Покажите способы включения вольтметра и амперметра для измерения.
Приведите примеры.
Чтобы узнать силу тока на участке цепи, амперметр включают в цепь
последовательно, аналогично, чтобы измерить напряжение вольтметр следует
включать в цепь параллельно.
2. Что называется электрическим потенциалом?
Электрическим потенциалом V некоторой точки электрической цепи
называется величина, равная отношению потенциальной энергии W, которой
обладает заряд q, находящийся в данной точке, к этому заряду
V=W/q
3. Сформулируйте обобщенный закон Ома для постоянного тока.
Сила тока прямо пропорциональна сумме разности потенциалов на концах
проводника и алгебраической сумме всех ЭДС ветви и обратно пропорциональна
Рис. 6 сумме всех сопротивлений в этой
Рис. 7ветви.
арифметической
I = (Vn – Vk + ∑E) / ∑К
4. Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.
Сила тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно
пропорциональна сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления
нагрузки.
I = E / (R + r)
5. Что называется падением и подъемом напряжения?
Падение напряжения – характеризует напряжение на участке цепи при
прохождении через сопротивление.
U=IxR
Подъём напряжения – характеризует напряжение на участке цепи при
прохождении через источник ЭДС.
U=E