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

Лабораторная работа №

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 лабораторной установки

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).

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). 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(U_R), I(U_Л) 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.

Схема с лампой

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 R_экв 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?