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