Лабораторная работа № 1
Электрическая цепь постоянного тока с линейными
и нелинейными элементами

1. Цель работы

Убедиться в соблюдении и ознакомиться с применением законов Ома и Кирхгофа для расчета разветвленной линейной цепи и простейшей нелинейной цепи при постоянных токах.

2. Описание виртуальной лабораторной установки

Данная HTML-страница является виртуальной лабораторной установкой. Чертежи, которые имеются ниже по тексту – это интерактивные модели электрических схем. Для изменения параметров моделей необходимо воспользоваться контекстным меню. Запуск осуществляется командой Симуляция > Start (F5).

Лабораторная работа связана с изучением и сравнительным анализом двух электрических цепей, одна из которых является линейной другая нелинейной. Цепи содержат резисторы и лампу накаливания. Подключаются к регулируемому источнику постоянного напряжения. Для идентификации электрического состояния цепей используются шкальные измерительные приборы: вольтметры и амперметры.

3. Расчетное задание

Для электрической цепи, чья схема приведена ниже данного абзаца, рассчитать все токи и падения напряжения (I1, I2, I3, U1, U2, U3). Параметры элементов: R1 = 50 Ом, R2 = 100 Ом, R3 = 150 Ом. Электродвижущую силу следует выбрать в соответствии с вариантом и вашим порядковым номером в подгруппе (член подгруппы рассчитывает состояние цепи для соответствующего опыта, см. табл. 1).

Учебная электрическая цепь постоянного тока с одним источником питания

Таблица 1
Вариант 1 2 3 4 5 6
опыт №1: E, [B] 145 135 115 140 125 120
опыт №2: E, [B] 130 110 100 110 95 90
опыт №3: E, [B] 105 75 85 80 70 65

4. Экспериментальная часть

4.1. Исследование линейной электрической цепи.

В ходе экспериментов с линейной цепью нужно заполнить секцию "Измерено" таблицы 2. Для этого нужно выполнить три опыта. Сценарий каждого опыта одинаков. Воспользуйтесь контекстным меню в отношении элементов интерактивного чертежа приведенного ниже данного абзаца. Установите величину ЭДС регулируемого источника питания в соответствии с вариантом (см. табл. 1). Запустите модель (разместите указатель мыши над чертежом, нажмите F5). Результаты измерений занесите в таблицу 2.



Таблица 2
Измерено Вычислено
опыт E, [В] UR1, [В] UR2R3, [В] I1, [А] I2, [А] I3, [А] R1, [Ом] R2, [Ом] R3, [Ом] Rэкв, [Ом]
1                    
2                    
3                    

4.2. Исследование нелинейной электрической цепи.

В ходе экспериментов с нелинейной цепью (схема с лампой) нужно заполнить секцию "Измерено" таблицы 3. Фактически требуется снять вольтамперные характеристики элементов I(UR), I(UЛ) и всей цепи I(U). Для этого нужно менять величину ЭДС регулируемого источника питания в соответствии с рекомендуемыми в таблице 3 значениями, и запускать модель. Показания приборов следует занести в таблицу 3.

Учебная электрическая цепь с нелинейным элементом



Таблица 3
Измерено
E, [В] 0 5 10 15 35 50 70 100 135
UR, [В]                  
UЛ, [В]                  
I, [А]                  
Вычислено
R, [Ом]                  
RЛ, [Ом]                  
Rэкв, [Ом]                  

5. Обработка результатов эксперимента

5.1. Заполните секции "Вычислено" таблиц 2 и 3. Приведите соответствующие расчетные формулы.

5.2. По результатам измерений п.4.1 постройте в одной координатной системе вольтамперные характеристики элементов R1, R2, R3, и, пользуясь ими, (пользуясь ими — это значит графически) решите задачу построения вольтамперной характеристики всей цепи. По ней определите эквивалентное сопротивление цепи Rэкв и сравните его со значением в табл. 2.

5.3. По результатам измерений п.4.2 постройте в одной системе координат вольтамперные характеристики резистора R1 и лампы накаливания VL, и, пользуясь ими, — вольтамперную характеристику нелинейной цепи. На эту последнюю, нанесите точки экспериментальной кривой I(U) для проверки графического решения.

5.4. По результатам эксперимента с нелинейной цепью, постройте зависимости величин сопротивлений лампы накаливания и резистора от тока.

6. Контрольные вопросы (должны быть отражены в выводах)

6.1. Каковы причины возможных отклонений в оценке номиналов резисторов линейной цепи в разных экспериментах (секция "Вычислено" таблицы 2)? На виртуальном стенде причин мало, в действительности же не менее пяти.

6.2. В какие моменты чаще всего, и по какой причине сгорают лампы накаливания?

6.3. В чем заключается особенность экспериментального исследования нелинейных цепей в отличие от линейных?

19.02.2014