Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума




Скачать 188.75 Kb.
НазваниеМетодические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума
Дата публикации31.01.2014
Размер188.75 Kb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Физика > Методические указания

МЭИ(ТУ) ТОЭ




ВВЕДЕНИЕ



Содержание лабораторных работ включает анализ характеристик, схем замещения и параметров реальных элементов цепей постоянного тока. В основу положено физическое представление о процессах в электрических цепях. Рассматриваются методы расчета, принципы и свойства цепей. По каждой из работ приводится теоретическая справка, содержащая наиболее существенные положения. Даются методические указания и практические рекомендации, обеспечивающие успешное выполнение работ студентами. Для предварительной подготовки сдачи коллоквиума и защиты выполненной работы прилагается перечень возможных контрольных вопросов.

Даются характеристики и основные параметры лабораторного стенда, источников питания, измерительных приборов, используемых при выполнении работ.
^ Методические указания по лабораторному практикуму

Ц
ель лабораторного практикума состоит в более глубоком изучении теоретических положений по теме каждой лабораторной работы и приобретении студентом практических навыков проведения экспериментальных исследований в реальных условиях. Лабораторный практикум позволяет адаптировать применение методов расчета к экспериментальным исследованиям. При проведении работ в лаборатории необходим учет конкретных параметров и характеристик элементов цепи. Приобретаются навыки сборки и диагностики состояния электрической цепи в установленном режиме. При анализе получаемых результатов и сопоставлении данных опыта и расчета учитывается проявление электрофизических характеристик реальных элементов и электрической цепи в целом.

Содержание каждой лабораторной работы предполагает выполнение студентом подготовки к работе и сдачу коллоквиума. Выполнение экспериментальной части работы в лаборатории завершается защитой.

Подготовка к работе. Оформление отчета. При подготовке к работе рекомендуется начинать с изучения теории по теме работы, приведенной в теоретической справке, литературе библиографического списка, конспекте лекций и практических занятий. Далее изучается описание к работе. Завершается подготовка составлением бланка отчета.


Титульный лист отчета содержит наименования университета и кафедры. Приводятся номер работы и ее полное название. Титульный лист содержит «Выполнил», «Принял» с указанием наименования института, номера группы, фамилии и инициалов студента и преподавателя.

Отчет оформляется форматом А4 с записью на одной стороне листа.

Коллоквиум проводится только при наличии у каждого студента оформленного должным образом бланка отчета. Бланк состоит из двух разделов: подготовки к работе и рабочего задания. Каждый пункт, как подготовки, так и рабочего задания в обязательном порядке сопровождается кратким наименованием, отображающим содержание пункта.

Особое внимание при составлении бланка отчета следует уделять рабочему заданию как планированию проведения эксперимента. Состояние этого раздела, как подготовленного протокола, учитывается при сдаче коллоквиума. Обращается внимание на следующее:

  • наличие кратких наименований пунктов рабочего задания;

  • присутствие схем проведения эксперимента с указанием источников, типов приборов, значений параметров элементов, диапазона изменения величин; это способствует оперативному проведению эксперимента и получению верных результатов;

  • заготовленные предварительно таблицы с возможностью их продолжения, формулы расчета;

  • ожидаемые результаты в виде численных значений, отчётливое представление физики происходящих процессов предопределяют результаты экспериментов.

Выполнение работы. Предварительно следует ознакомиться с аппаратурой, расположением элементов электрической цепи на стенде; записать в отчет номер стенда.

Сборка цепи проводится строго в соответствии со схемой. Начинается сборка с одного из контуров (токовой части). Далее присоединяются параллельные ветви и в последнюю очередь – вольтметры. Перед включением питания необходимо внимательно проверить правильность собранной цепи, сопоставляя её с начерченной схемой. Не делая записей в протокол, предварительно нужно убедиться в возможности достижения требуемого значения или получения качественно предполагаемой зависимости. Выбираются интервалы, через которые следует проводить запись показаний приборов. Для получения исследуемых зависимостей вполне достаточно предусмотреть занесение в таблицу протокола значений для режимов в цепи.

Рекомендуется разбирать цепь, если есть полная уверенность в правильности полученных результатов, подтвержденных преподавателем.

Представление на визирование преподавателем неряшливо оформленных записей не допускается.

Защита лабораторной работы проводиться после обработки опытных данных, сопоставления результатов эксперимента и расчета, анализа и объяснения расхождения значений.


^

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1



ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Описание установки
Лабораторная работа выполняется на стенде, содержащем модуль питания с источниками постоянного напряжения, обозначенными как UZ1, UZ4, и источником постоянного тока UZ2. Общий блок питания стенда включается автоматом «^ 220В», источники UZ1, UZ2 включаются автоматом SA1, а источник UZ4 включается индивидуальным автоматом SA3.

Источник напряжения UZ1 и источник тока UZ2 являются реальными источниками, как физические модели реальных генераторов. Регулирование на выходе соответственно напряжения или тока в них не предусмотрено. Источник напряжения UZ4 является идеальным источником ЭДС с регулируемым постоянным напряжением на выходе « = 0…12В/0,5А»

В модуле резисторов значения сопротивлений резисторов R1, R2, R3 устанавливаются ступенчато переключателем. Значения сопротивлений на магазине сопротивлений устанавливаются по отдельным декадам. Для измерения постоянного тока и напряжения используются стрелочные миллиамперметры и вольтметр, приборы магнитоэлектрической системы с равномерным распределением делений по шкале. Показание этих приборов положительно, если при подключении их в цепь, выполняется соединение «плюса» к гнезду расположенному справа относительно прибора. На стенде имеется цифровой вольтметр В7-38, который используется как мультиметр для измерения сопротивлений резисторов в положении переключателя «КΩ», и, для измерения постоянного напряжения, в положении «V=». Вольтметр В7-38 является идеальным прецизионным вольтметром с автоматическим выбором пределов измерений, внутреннее сопротивлением которого можно считать бесконечно большим.
^ Краткое содержание работы

Сопротивление одного из резисторов определяется методом амперметра и вольтметра по двум схемам измерения. Экспериментально снимаются вольтамперная характеристика линейного резистора и внешние характеристики источника постоянного напряжения и источника постоянного тока. На основании полученных характеристик составляются схемы замещения источников и определяются параметры элементов этих схем. Рассматривается реализация идеального источника регулированием.


^ Теоретическая справка

Основными элементами электрической цепи являются источники и приемники. Для их описания в цепях постоянного тока используют зависимость напряжения U на зажимах элемента от тока I в нём. Эта зависимость U(I) называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) элемента. Применительно к источникам электрической энергии эта зависимость называется внешней характеристикой источника.

Пр
иемники энергии.
Приемники представляются резисторами, учитывающими преобразование электрической энергии в тепловую. Изображение резистора на схемах и ВАХ приведены на рис.1.



Положительное направление тока ^ I в ветви с резистором R рис.1 принимается от большего потенциала к меньшему. Направление напряжения U на резисторах обычно не указывается, так как оно определяется выбранным направлением тока I. Аналитическое выражение ВАХ определяется законом Ома U=RI. Значение сопротивления резистора R1 из графика ВАХ рис.1 может быть определено из отношения напряжения U0 к току I0 для одного из режимов, т.е. R1= U0 / I0. ВАХ, показанная на рис.1 пунктиром, соответствует уменьшению сопротивлению R1 в два раза. Очевидно, что изменение положения исходного графика при этом, определяется смещением одной из точек, обусловленным увеличением тока в два раза при неизменном напряжении.

Идеальные источники. Введение понятий идеального источника ЭДС Е и идеального источника тока ^ J упрощает анализ электрических цепей.

Обозначение источника ЭДС E на схеме и его внешняя характеристика U(I) при изменении сопротивления нагрузки приведены на рис. 2. Стрелка в обозначении ЭДС Е характеризует увеличение потенциала внутри источника, а положительное направление напряжения U на выходе его (см. рис.2), противоположное направлению стрелки ЭДС, определяет направление уменьшения потенциала во внешней цепи. Напряжение на выходе Uх при , I=0, т.е. в режиме холостого хода, остается постоянным и равным ЭДС Е при любом значения тока, Е=U=const.

В
нутреннее сопротивление идеального источника ЭДС равно нулю, RЕ = 0.

Рис. 2 Рис. 3
Источник тока – идеальный источник энергии, ток которого равный остается неизменным при любом напряжении U на его зажимах, . Обозначение источника тока на схемах и внешняя характеристика его приведены на рис.3. В режиме короткого замыкания при , ток , напряжение на выводах источника равно нулю, U = 0.

Внутреннее сопротивление идеального источника тока равно бесконечности, .

Реальные источники. В реальных источниках энергии значение внутреннего сопротивления конечно. Ток источника . Практически, если в цепи , то источник считается источником напряжения с ЭДС . Если , то при изменении сопротивления нагрузки , ток меняется незначительно и источник считается источником тока с током .

Характеристики и параметры реальных источников питания определяются схемами замещения их. Основой получения схем замещения и нахождения параметров их элементов служат внешние характеристики реальных источников. Для источника напряжения недопустимо большим становится ток короткого замыкания . Для источника тока в режиме холостого хода резко увеличивается напряжение .

В некотором режиме напряжение на выводах реального источника при токе , как видно из рис.4, уменьшается по сравнению с на величину ΔU0 = , равную падению напряжения внутри источника.

Аналитическое выражение внешней характеристики, как зависимости , представляется уравнением прямой

(1)

Зависимость тока от напряжения на выходе источникаследует из (1)

, (2)

где соответствует току короткого замыкания , .Две схемы замещения реальных источников. Реальный источник может быть представлен последовательной или параллельной схемой с идеальными источниками. Последовательная схема, следующая из (1), приведена на рис. 6. Постоянному значению в (1), не зависящему от тока, соответствует Э
ДС E идеального источника, .
Рис. 6 Рис. 7

Аналитическое выражение (2) определяет параллельную схему замещения, показанную на рис. 7 с идеальным источником тока . Ток на выходе источника согласно (2), уменьшается по сравнению с (см. рис. 5) на величину тока ΔI = , замыкающегося внутри источника. Таким образом, из (1) при в режиме короткого замыкания следует равенство , т.е. . Последние позволяет переходить от параллельной схемы замещения источника (см. рис. 7) к последовательной (см. рис. 6) и обратно. Направление получаемого источника, в результате преобразования, определяется из условия неизменности направления тока во внешней цепи, резисторе .

Схема рис. 6 и 7 эквивалентны между собой только по отношению к внешней цепи. Относительно самого источника они не эквивалентны. Так, в режиме холостого хода при , ток в источнике по схеме рис. 5 равен нулю, а в схеме рис. 6 протекает ток .

Измерение сопротивления резистора реальными приборами.

К
вспомогательным элементам электрических цепей относятся соединительные провода и измерительные приборы. Сопротивления проводов в виду их малости, часто принимаются равными нулю. Идеальный амперметр имеет внутреннее сопротивление , а идеальный вольтметр – . Для реальных измерительных приборов указываются их внутренние сопротивления. Схемы замещения реальных амперметра и вольтметра приведены на рис.8 Резисторы учитывают их внутренние сопротивления, а приборы считаются идеальными.

Рис. 8
Для определения сопротивления резистора ^ R необходимо в результате измерений знать значения тока I в резисторе и напряжения U на его зажимах. В соответствии с законом Ома . В случае неидеальных приборов следует учитывать падение напряжения на амперметре и ток через вольтметр.

Р а б о ч е е з а д а н и е
Часть 1. Сопротивления и вольт-амперные характеристики резисторов
1.1. Для измерения сопротивлений включить питание цифрового вольтметра В7-38. Нажатием кнопки <> установить режим измерения сопротивлений.

На модуле сопротивлений установить с помощью переключателя номинальное сопротивление резистора R1=100 Ом. Соединяя проводами вход вольтметра с резистором R1, записать измеренное значение сопротивления R1= Ом.

Для последовательного и параллельного соединения двух резисторов с равными сопротивлениями R1 = 100 Ом и R2 = 100 Ом вычислить эквивалентные сопротивления Ra, Rб:

а) при последовательном соединении Rа = R1+R2 = Ом ;

б) при параллельном соединении Rб = R1*R2 / (R1+R2) = Ом.


Выполнив поочередно соединения резисторов, измерить и записать значения: Rа = Ом; Rб = Ом. Сравнить результаты измерений и вычислений.

1.2. Для определения значения сопротивления резистора R1 с помощью миллиамперметра и вольтметра, собрать цепь по схеме рис.9. Учесть полярность подключения источника напряжения UZ4 (=0…12В/0,5А) и обозначенные выводы миллиамперметра (диапазон измерения 0…300 mA).

Установить на цифровом вольтметре В7-38 режим измерения напряжения <>. Можно считать этот вольтметр идеальным с Rv=∞.



Рис. 9
Проверить схему в присутствии преподавателя. Включить питание цепи: поочерёдно замыкая автомат (QF) общего питания ~220 В, автомат (SA3) источника напряжения UZ4 . Установить напряжение питания 10 В.

Записать показания приборов: ImA= мA; Uv= В.

Вычислить сопротивление R1 = Uv / ImA = Ом.

Сравнить полученное значение R1 с найденным в п.1.1. Выключить питание.

Для определения внутреннего сопротивления миллиамперметра RmA, отсоединить вольтметр V от резистора R1 и подключить его параллельно миллиамперметру mA. Восстановить питание. Записать показания: UmA= В; ImA= mA.

Вычислить RmA = UmA / ImA = Ом. Выключить питание.

1.3. Для снятия вольт-амперной характеристики резистора R1 восстановить цепь по схеме рис.9. Проверить схему; включить питание.

Изменяя напряжение источника питания, для каждого значения напряжения U табл.1 , измеряемого на резисторе R1 , , записать показание миллиамперметра. Выключить питание.

Табл. 1


U, B

0

2

4

6

8

10

I, мА




















По результатам измерений построить вольт-амперную характеристику U(I). Аппроксимировать характеристику прямой линией, вычислить на основе её сопротивление резистора R1. R1 = U / I = Ом.
Часть 2. Внешняя вольт-амперная характеристика реального источника напряжения UZ1

2.1. Для снятия внешней характеристики источника напряжения собрать цепь по схеме рис. 10. Питание цепи обеспечивает не регулируемый источник напряжения UZ1 (=9В/0,5A). Проверить схему; включить питание.



Рис.10

Устанавливая, приведенные в табл. 2 значения сопротивлений резистора R1 как нагрузки, записать показания приборов. Выключить источник питания.

Табл.2

R1, Ом

∞, ХХ

330

220

150

100

68

47*

U, B

Uх=
















U0 =

I, мА

0
















I0 =
2.2. По результатам п. 2.1 вычислить:

Внутреннее сопротивление источника напряжения

Rв = (Uх – U0) / I0 =

Ток короткого замыкания Iк = Uх / Rв = , мА.

Полученные результаты сообщить преподавателю.
Часть 3. Внешняя вольт-амперная характеристика реального источника тока UZ2

3.1. Для снятия внешней характеристики источника тока, в схеме цепи рис. 10. источник напряжения UZ1 ( = 9В/0,5A), заменить, как показано пунктиром, на не регулируемый реальный источник тока UZ2, J = Iк = 50мА.

Проверить правильность соединений в цепи с источником тока; включить питание.

Устанавливая, значения сопротивлений резистора R1, записать показания приборов табл. 3. Выключить источник питания.

Табл. 3


R1, Ом

47

68

100

150

220

330

*

U, В
















U0 =




I, мА
















I0 =






3.2 По результатам п. 3.1 вычислить:

Внутреннее сопротивление источника тока

Rв = U0 / ( Iк – I0) = ,Ом.

Напряжение холостого хода источника тока Uх = Rв * Iк = ,В.

Полученные результаты сообщить преподавателю.
Часть 4. Физическая модель идеального источника ЭДС
Модель реализуется по схеме рис.11. При изменении сопротивления резистора R2, как нагрузки, напряжение на выходе U2 поддерживается постоянным. Это обеспечивается путём изменения сопротивления резистора Rм магазина сопротивлений1*. С помощью цифрового вольтметра В7-38 устанавливается постоянное значение напряжения на выходе U2 = 5В = const.

Рассчитать Rм в зависимости от R2; Rв = Ом, (п. 2.2).
Rм (R2) = (1 / (0,0125 + (1,25 / R2))) – Rв, Ом. (3)

Результаты расчёта внести в табл. 4.

Табл. 4


R2, Ом

100

150

220

330

Rм, Ом

опыт













расчет















Собрать цепь по схеме рис. 11, дополнить табл. 4 результатами опыта.
U2=5В=const





Рис. 11
Содержание отчета


  1. Отчет включает все схемы, данные и вычисления, выполненные в рабочем задании в лаборатории.

  2. Вычислить сопротивление резистора Rэк эквивалентного трем резисторам R1=R2=R3=100 Ом. На графике п. 1.3 рабочего задания построить ВАХ для Rэк. Рассмотреть соединение резисторов R1,R2,R3:

    1. 2.1 последовательное; 2.2 параллельное; 2.3 смешанное.

  3. По результатам измерений внешней характеристики источника напряжения UZ1 в табл.2, построить ВАХ, подобно рис.4 теоретической справки. Аппроксимировать характеристику прямой линией, Вычислить на основе ее внутреннее сопротивление Rв. Полученный результат сравнить со значением Rв, найденным в п.1.3 рабочего задания.

  4. Нарисовать последовательную и параллельную схемы замещения реального источника напряжения UZ1. Указать на схеме значения параметров элементов схем.

  5. По результатам измерений внешней характеристики источника тока UZ2 в табл.3 построить ВАХ, подобно рис.5 теоретической справки. Аппроксимировать характеристику прямой линией, Вычислить на основе ее внутреннее сопротивление Rв. Полученный результат сравнить со значением Rв, найденным в п.3.2 рабочего задания.

  6. Нарисовать последовательную и параллельную схемы замещения реального источника тока UZ2. Указать на схеме значения параметров элементов схем.

  7. Для физической модели идеального источника ЭДС в соответствии со схемой рис.11, учитывая приведенные значения параметров элементов, получить аналитическое выражение (3) для Rм (R2).

  8. Начертить последовательную схему замещения источника напряжения UZ1 с обозначением параметров элементов схемы. Указать на схеме положительные направления напряжения и тока для рассмотрения входной ВАХ источника. Получить аналитическое выражение и построить график входной ВАХ источника напряжения UZ1.

  9. Начертить параллельную схему замещения источника тока UZ2 с обозначением параметров элементов схемы. Указать на схеме положительные направления напряжения и тока для рассмотрения входной ВАХ источника. Получить аналитическое выражение и построить график входной ВАХ источника тока UZ2.


Контрольные вопросы.


  1. Что понимают под электрической цепью? Из каких основных элементов она состоит и каковы их функции?

  2. Что такое вольт-амперная характеристика элемента электрической цепи? Как ее называют применительно к источнику энергии?

  3. Какое определение резистора? Как изображается резистор на схеме? Аналитическое выражение и вид вольт-амперной характеристики линейного резистора? Какой параметр резистора является основным и как определить этот параметр по вольт-амперной характеристике?

  4. Какое определение идеального источника ЭДС? Каковы изображения на схеме и внешняя характеристика источника ЭДС? Какими параметрами можно описать этот источник?

  5. Какое определение идеального источника тока? Каковы изображения на схеме и внешняя характеристика источника тока? Какими параметрами можно описать этот источник?

  6. Какова внешняя характеристика реального линейного источника напряжения? Что такое напряжение холостого хода и ток короткого замыкания источника?

  7. Какова внешняя характеристика реального линейного источника тока? Что такое напряжение холостого хода и ток короткого замыкания источника?

  8. Какими схемами замещения может быть представлен линейный источник энергии? Начертите их. Как определить параметры элементов схем по внешней характеристике источника?

  9. Начертите на одном графике внешние характеристики двух линейных источников, у которых:

а) одинаковые значения напряжения холостого хода, а внутренние сопротивления различаются в 3 раза;

б) одинаковые значения тока короткого замыкания, а внутренние сопротивления различаются в 3 раза;

в) одинаковые внутренние сопротивления, а значения напряжения холостого хода различаются в 2 раза.

Библиографический список



1. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. СПб.: Издательство «Питер», 2003. Т.1. §3 – 2, 3 – 5, 3 – 8, 5 – 10.

2. Основы теории цепей/ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. М.: Энергоатомиздат, 1989. §1.1, 1.2.

1* При соединении к цепи крайних клемм магазина, значение сопротивления его равно сумме сопротивлений установленных на отдельных декадах.




Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconМетодические указания к лабораторному практикуму по дисциплине: «Материаловедение....
Методические указания к лабораторному практикуму для всех специальностей по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных...

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconМетодические указания к лабораторному практикуму по дисциплине: «Материаловедение....
Методические указания к лабораторному практикуму для всех специальностей по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных...

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconКомплексные исследования химико-технологической системы производства...
Методические указания предназначены для студентов специальностей 280201, 240401, 240403, 240405 дневной и заочной форм обучения

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconМетодические указания по выполнению практикума задания практикума
По дисциплине «практикум по особенностям квалификации отдельных видов преступлений»

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconМетодические указания к контрольным заданиям по дисциплине «Химия»
Учебные занятия студентов-заочников по курсу химии состоят из изучения материала по учебникам или учебным пособиям, выполнения контрольных...

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconВ. В. Шаптала Управление данными
Утверждено советом университета в качестве лабораторного практикума для студентов специальности 071900

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconМетодические указания к компьютерному практикуму по дисциплине «Средства...

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconПрактикум на базе системы "Галактика"
Авторам представляется, что освоить хотя бы основы рабо­ты с несколькими базовыми модулями икис можно только в рамках лабораторного...

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Основы...
Правильный подход к постановке и проведению лабора­торных работ имеет большое значение для глубокого усвое­ния основ общей и неорганической...

Методические указания по лабораторному практикуму Цель лабораторного практикума iconМетодические указания Тула 2005 Цель работы
Цель работы: 1 ознакомиться с основами анализа погрешностей размера при обработке на металлорежущих станках

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов