Исследование закона Ома для однородного участка электрической цепи
Второй закон Кирхгофа
В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках
где n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением Rk в контуре;
Uk=RkIk – напряжение или падение напряжения на k-м элементе контура. Для схемы (рисунок 2) запишем уравнение по второму закону Кирхгофа:
Если в электрической цепи включены источники напряжений, то второй закон Кирхгофа формулируется в следующем виде: алгебраическая сумма напряжений на всех элементах контура, включая источники ЭДС равна нулю
При записи уравнений по второму закону Кирхгофа необходимо:
1) задать условные положительные направления ЭДС, токов и напряжений;
2) выбрать направление обхода контура, для которого записывается уравнение;
3) записать уравнение, пользуясь одной из формулировок второго закона Кирхгофа, причем слагаемые, входящие в уравнение, берут со знаком «плюс», если их условные положительные направления совпадают с обходом контура, и со знаком «минус», если они противоположны.
В действующей цепи электрическая энергия источника питания преобразуется в другие виды энергии. На участке цепи с сопротивлением R в течение времени t при токе I расходуется электрическая энергия
Скорость преобразования электрической энергии в другие виды представляет электрическую мощность
Из закона сохранения энергии следует, что мощность источников питания в любой момент времени равна сумме мощностей, расходуемой на всех участках цепи.
Это соотношение называют уравнением баланса мощностей. При составлении уравнения баланса мощностей следует учесть, что если действительные направления ЭДС и тока источника совпадают, то источник ЭДС работает в режиме источника питания, и произведение EI подставляют со знаком плюс. Если не совпадают, то источник ЭДС работает в режиме потребителя электрической энергии, и произведение EI подставляют со знаком минус.
Порядок проведения работы
1.1 Собрать схему (рисунок 3) и подключить контрольно-измерительные приборы На виртуальной модели участка U – напряжение, равное изменению потенциала электрического поля на резисторе со знаком «-» и численно равное работе электрического поля над +1 Кл. Вольтметр показывает еѐ в направлении обхода участка от «+» к «-» вольтметра, так что при противоположной полярности подключения прибора его показание (работа поля) было бы отрицательным (обход «против тока»). Показание амперметра положительно, так как ток «проходит» прибор от его «+» к «-».
Показание виртуального измерительного прибора «Ваттметр» совпадает с произведением показаний вольтметра и амперметра, т. к. первое равно числу джоулей на кулон, второе – количеству кулонов в секунду, а их произведение равно числу джоулей в секунду или ватт (мощность электрического поля на участке, необратимо расходуемая на тепло, излучение или механическую работу).
Рисунок 3 – Схема исследования
1.2 Измерить сопротивление резистора с помощью виртуального измерительного прибора «Мультиметр»
Рисунок 4
|
