Законы Кирхгофа, свойства линейных цепей постоянного тока
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Лабораторная работа 1
Цель: Экспериментальная проверка законов Кирхгофа и основных свойств линейных цепей постоянного тока.
Лабораторная работа выполняется на стенде ЛСЭ - 2 с использованием: регулируемых источников постоянного напряжения БП - 15(М 42300); блока нагрузок (три потенциометра - 220 Ом; 50 Вт ) и тестер (Multimeter DT-830 В).
Рис.
R1 =90 Ом
R2=45 Ом
R3=22,5 Ом
E1=10В
E2=15В
Проверка законов Кирхгофа.
I-й закон Кирхгофа.
Таблица 1.1
ИзмереноВычисленоI1, мАI2, мАI3, мАIk, мА55.8114.8590
Ik= I1-I2+I3
II-й закон Кирхгофа.
Таблица 1.2
ИзмереноВычисленоjd,Вjm, Вjf, Вjn, В Ek, В IkRk, В-3.1-13.1011.92525Для контура f, d, n1515
Потенциальная диаграмма.
j, В
R, Ом
Рис. Проверка принципа наложения
Таблица 1.3
ИзмереноВычисленоI1,AI1,AI2,AI2,AI3,AI3A,IkIkE10.03620.01030.02230.0036E20.01820.10380.0844-0.0012Ik= Ik+Ik0.05440.11410.0621
Проверка теоремы об эквивалентном генераторе
Таблица 1.4
ИзмереноВычисленоUхх=Е, ВIкз, АRвн, ОмI3, мА7.380.094378.2673
Rвн=Uхх/Iкз Rвн=7.38/0.0943=78.26 Ом
I3=E/(Rвн+R3) I3=7.38/(78.26+22.5)=0.073 А
Выводы: Экспериментально были проверены законы Кирхгофа. Если принять данные, приведённые в таблице 1.1 за точные, то абсолютная погрешность метода эквивалентного генератора (таб. 1.4) по сравнению с этими данными для тока I3 составляет 14 мА, а абсолютная погрешность при использовании принципа наложения (таб. 1.3) при включении Е1 составляет 81.3 мА, так как данный ток будет течь в противоположную сторону по сравнении с указанным на схеме, при включенном Е2 абсолютная погрешность составляет 34.4 мА. Таким образом общая абсолютная погрешность для тока I3 составит 3.1 мА. Для тока I2 абсолютная погрешность при использовании принципа наложения при включенном Е1 составляет 104.5 мА, а при включенном Е2 - 11 мА.
Для тока I1 абсолютная погрешность при включенном Е1 составляет 19.6 мА, а при включенном Е2 - 37.6 мА. Таким образом общая погрешность принципа наложения для тока I1 составляет 1.4 мА. В таблице 1.2 приведены результаты измерений и вычислений по II-му закону Кирхгофа. Так как сумма падений напряжения на участках цепи равна сумме ЭДС, то абсолютная погрешность равна нулю.
Лабораторная работа 2
Цель: экспериментальная проверка основных теоретических соотношений
Лабораторная работа выполняется на стенде ЛСЭ-2 с использованием:
Блока включения, состоящего из: а) вольтметра; б) автотрансформатора, обеспечивающего напряжение 0..250 В.
1.Блока резисторов.
2.Блока индуктивностей.
.Блока конденсаторов.
.Блока Коммутатор.
.Блока Фазометр.
Кроме приборов стенда используется:
1.Вольтметр.
2.Осциллограф.
.Тестер в качестве амперметра.
.Два вольтметра с пределом измерения до 100 В.
.Соединительные провода.
Рис.
Таблица 2.1
Измеренные величины№U, ВUR, ВUk, ВUC, ВI, АP, Втj(град.)1309,822,70,37,33823016,117,50,246,5263302013,10,1805,2204301716,30,226265309,84,90,123,5276305,827,10,081,534730326,60,0851,7-538308,222,60,0851,8-4893010,521,20,0851,8-4210305,826,70,091,1-5711307,523,20,091,7-4812308,619,80,091,4-19
Таблица 2.2
Расчетные величины (для цепи R, C)№XC, ОмC, ФCos(j)Q, ВАРS, ВА1312.9411.02*10-50.62.2612,552265,8821.19*10-50.671,9212,553249.4111.27*10-50.741.8012,554296.6671.07*10-50.552.4032,75257.7781.23*10-50.672.0882,762201.44*10-50.951.7822,7C = UC/I = 26,6/0,85= 312.941Ом w = 2*p*f= XC*I2 = UC*I f = 50 Гц
S = U*I w = 2*p*50 = 314 рад/с
C = 1/XC*w
Таблица 2.3
Расчетные величины(для цепи R, L)№Zk, ОмR, ОмRk, ОмXk, ОмLk, ОмCos(j)Q, ВАРS, ВА110032.645,475.60.240.786,817,3921256744,2572.90.230.894,27,633166.611143,3872.70.230.932,354136.477.344,396740.230.893,585,179525081.6140,940.80.130.890,581,541637572.5238,75338.71.070.832,17
k = UR/Ik = Uk/Ik =Xk/w= Xk*I2 = Uk*I
1) = 100*0.3 = 30 ВL = 314*0.3*0.24 = 22,608 ВR = 0.3*(32.6 + 45.4) = 23,4 В= R + RK = 32.6 + 45.4 = 78 Ом
XL = wL = 314*0,24 = 75,36 Ом= (32.62 + 75.62)1/2 = 82.4 Ом= I2R = 32.6*0.32 = 2,934 Вт= I2XL = 0,32*75.6 = 6,804 ВАР= (2,9342 + 6,8042)1/2 =7,39 ВА
)
= 67*0,24 = 16,08 В
UL = 314*0,24*0,23 = 17,33 В
UR = 0,24*(67 + 44,25) = 26,7 В= R+RK = 111,25 Ом
XL = wL = 314*0,23 = 72,22 Ом= (111.252 + 72.222)1/2 = 132.3Ом= I2R = 111.25*0.242 = 6,408 Вт= I2XL = 0,242*72,22 = 4,15 ВАР= (6,4082 + 4,152)1/2 =7,63 ВА
3)
U = 136,4*0,22 = 30,008 В
UL = 314*0,22 *0,23 = 15,888В
UR = 0,22*(77,3+44,369) = 26,767В= R + RK = 77,3+44,369= 121,669 Ом
XL = wL = 314*0,23 = 72,22Ом= (77,32 + 742)1/2 = 107,01 Ом= I2R = 77,3*0,222 = 3,741 Вт= I2XL = 0,222*74= 3,581 ВАР= (3,7412 + 3,5812)1/2 = 5,179 ВА4)
= 250*0,12 = 30 ВL = 314*0,12*0,13 = 4,8984 ВR = 0,12*(81,6 + 140,9) = 26,7 В= R + RK = 81,6 + 140,9= 222,5 Ом
XL = wL = 314*0,13 = 40,82 Ом= (81,62 + 40,82)1/2 = 91,231Ом= I2R = 81,6*0,132 = 1,379 Вт= I2XL = 0,132*40,8 = 0,689 ВАР
S = (1,3792 + 0,6892)1/2 = 1,541 ВА5) C =0,085/(314*1,02*10-5) = 26,53 ВR = 3 В= (26,62 + 32)1/2= 26,768 В= UR/I = 3/0,085 = 35,29 Ом
XC = 1/wC = 1/(314*1,02*10-5) = 312,22 Ом= (35,29 2 + 312,9412)1/2 = 314,924 Ом= I2R = 35,29*0,0852 = 0,255 Вт= I2XC = 0,0852*312,22 = 2,255 ВАР= (0,2552 + 2,2552)1/2 = 2,269ВА6) C = 0,085/(314*1,19*10-5) = 22,747 ВR = 8,2 В= (22,62 + 8,22)1/2= 24 В
R = UR/I = 8,2 /0,085= 96,47 Ом
XC = 1/wC = 1/(314*1,19*10-5) = 267,62 Ом= (96,472 + 265,8822)1/2 = 282,842 Ом= I2R = 96,47*0,0852 = 0,696 Вт= I2XC = 0,0852*267,62 = 1,933ВАР= (0,6962 + 1,9332)1/2 = 2,054 ВА
7) C = 0,09/(314*1,07*10-5) = 26,79 ВR = 5,8 В= (26,72 + 5,82)1/2= 27,322 В= UR/I = 5,8/0,09 = 64,44 Ом
XC = 1/wC = 1/(314*1,07*10-5) = 297,64Ом= (64,442 + 296,6672)1/2 = 303,584 Ом= I2R = 64,44*0,092= 0,521 Вт= I2XC = 0,092*297,64 = 2,41 ВАР= (0,5212 + 2,412)1/2 = 2,465ВА
8)
C = 0,09/(314*1,23*10-5) = 23,3 ВR = 7,5 В= (23,22 + 7,52)1/2= 24,3821 В= UR/I = 7,5/0,09 = 83,33 Ом
XC = 1/wC = 1/(314*1,23*10-5) = 258,92 Ом= (83,332 + 257,7782)1/2 = 270,912 Ом= I2R = 83,33*0,092 = 0,675 Вт= I2XC = 0,092*258,92 = 2,097 ВАР
S = (0,6752 + 2,0972)1/2 = 2,202ВАk = Uk/Ik = ULk/I= Xk/wC = UC/I= 1/w*XC
Таблица 2.4
Из векторных диаграммRK, ОмXK, ОмL, ГнXC, ОмC, Ф7875,360.24111,2572,220.23121,66972,220.23222,540,820,1335,29312,221.02*10-596,47267,621.19*10-564,44297,641.07*10-583,33258,921.23*10-5
Вывод: По данным результатов эксперимента и расчетам теоретических соотношений в цепях R-L и R-C, построили векторные диаграммы, из которых можно заметить, что в этих цепях изменение напряжения какого-либо элемента (сопротивления или индуктивности (емкости)) пропорционально изменению его параметра и обуславливает