Badanie obwodow pradu stalego DOC

Pracownia elektryczna i elektroniczna

Rok szkolny

Badanie obwodów prądu stałego z jednym i z kilkoma źródłami energii.

Sprawdzanie

Zaliczanie

Ocena ogólna

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie i sprawdzenie podstawowych praw, zasad i twierdzeń dotyczących rezystancji, prądów i napięć oraz sprawdzenie słuszności I i II prawa Kirchhoffa, prawa Ohma i nabycia umiejętności w łączeniu prostych obwodów elektrycznych.

Podstawy teoretyczne

Elektryczne obwody rozgałęzione są utworzone z wielu elementów połączonych ze sobą szeregowo, równolegle i w sposób mieszany.

W przypadku połączenia szeregowego koniec jednego rezystora łączy się z początkiem następnego. Przez wszystkie rezystory płynie ten sam prąd a ich rezystancja zastępcza :

R_z=R1 + R2 +...+ RN.

W przypadku połączenia równoległego początki i końce wszystkich rezystorów zwiera się ze sobą. Napięcie na każdym rezystorze jest jednakowe i równe różnicy potencjałów między punktami węzłowymi układu.

1 1 1 1

R_zR1 R2 RN

Prawa Kirchhoffa sformułowane zostały w 1845 roku i wynikają one z prawa zachowania energii. Pierwsze prawo Kirchhoffa, dotyczące bilansu prądów w węźle obwodu elektrycznego prądu stałego, można sformułować następująco:

-dla każdego węzła obwodu elektrycznego suma algebraiczna prądów jest równa zeru

ქ I_ၡ = 0

^ၡ

przy czym wskaźnik ၡ przyjmuje wartości 1,2,3... w zależności od liczby gałęzi zbiegających się w węźle obwodu.

Drugie prawo Kirchhoffa dotyczące bilansu napięć w oczku obwodu elektrycznego prądu stałego, można sformułować następująco:

-w dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego suma algebraiczna napięć źródłowych oraz suma algebraiczna napięć odbiornikowych występujących na rezystancjach rozpatrywanego oczka jest równa zeru;

ქ E_ၡ + ქ E_ၢ I_ၢ = 0

Elektryczne obwody rozgałęzione są utworzone z wielu elementów połączonych ze sobą szeregowo, równolegle i w sposób mieszany. W obwodach takich, dla rozpływu prądów i dla rozkładu napięć na elementach, obowiązuje szereg praw i twierdzeń. Ćwiczenie obejmuje sprawdzenie podstawowych praw obowiązujących w rozgałęzionych obwodach elektrycznych.

Przebieg ćwiczenia

Badania połączenia szeregowego rezystorów

I	U_AB	U_BC	U_CD	U_AD	R₁'	R₂'	R₃'	Rz'	R₁	R₂	R₃	Rz
[A]	[V]	[V]	[V]	[V]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]
0,5	4,4	8	10	21,2	8,8	16	20	44,8	10	20	15	45
0,47	8	9,6	8	21,2	17	11,9	17	45	18	17	12	47

Rz1' = Uab/I + Ubc/I + Ucd/I = Rz1=R1+R2+R3

=4,4/0,5 +8/0,5 +10/0,5= Rz1=10+20+15

=44,8Ω Rz1=45Ω

R'1=Uab/I=4,4/0,5=8,8Ω

R'2=Ubc/I=8/0,5=16Ω

Badanie połączenia równoległego rezystorów

0x08 graphic

U_AB

I₁

I₂

I₃

I₀

R₁'

R₂'

R₃'

Rz'

R₁

R₂

R₃

[V]

[A]

[Ω]

1,6

0,08

0,12

0,06

0,28

13,3

26,6

5,2

R'1=Uab/I1 =1,6/0,08=20Ω

R'2=Uab/I2=1,6/0,12=13,3Ω

Rz'=Uab/I=1,6/0,28=6Ω

(R₁R₂) (18*17)

0x08 graphic

R₁₂ = = = 8,7 [Ω]

(R₁+R₂) (18+17 )

(R₁₂R₃) (8,7 * 13)

0x08 graphic

Rz = = = 5,2 [Ω]

(R₁₂+R₃) (8,7+13)

Sprawdzanie prądowego prawa Kirchhoffa

0x01 graphic

	Wartości zmierzone			Obliczone			Id
E1	1,6	8	14,8	1,6	8	148	V
I1	0	0,08	0,16	0	0,08	0,16	A
I2	0,04	0,02	0	0,04	0,02	0	A
I0	0,04	0,1	0,17	0,04	0,1	0,17	A
U0	1,5	3,5	7	0	2	2	V

Sprawdzanie napięciowego prawa Kirchhoffa

0x01 graphic

Wartości zmierzone				Jednostka	Wartości obliczone
E1	10	18	22	[V]	10	18	22
U_R1	4	9	11	[V]	5	9,5	12
U_R2	0,8	1,6	2,4	[V]	0,5	1,5	2,5
U_R0	5,6	6,8	7,6	[V]	5,5	6,5	8
I₁	0,1	0,19	0,24	[A]	0,08	0,18	0,22
I₂	0,01	0,03	0,05	[A]	0,01	0,03	0,04
I₀	0,11	0,13	0,16	[A]	0,11	0,13	0,16

U_R1 = I₁ * R R = 50 [Ω]

U_R1 = 0,1 * 50 = 5[V]

U_R2 = I₂* R

U_R2 = 0,01 * 50 = 0,5 [V]

U_R0 = I₀ * R

U_R0 = 0,11* 50 = 5,5 [V]

Spis przyrządów

Opornica 127 [Ω] / 1,1[A]

Opornica 163 [Ω] / 1,1 [A]

Opornica 104 [Ω] / 1,1 [A]

Opornica 20 [Ω] / 3 [A]

Amperomierz magnetoelektryczny 960710

Amperomierz magnetoelektryczny 96079

Amperomierz magnetoelektryczny 960729

Woltomierz magnetoelektryczny 96007

Woltomierz magnetoelektryczny 1305194

Miernik cyfrowy 3503

Zestaw do badania prądu stałego

Wnioski

Powstałe błędy wynikały z:

Niedokładności przyrządów pomiarowych
Wahające się napięcie w sieci
Niedokładne odczyty z przyrządów gdy wskazówka znajdowała się między działkami
Przybliżeń w obliczeniach
Zmiany parametrów rezystorów gdy te się ogrzały
Złymi stykami miedzy przewodami i ich połączeniami
W ćwiczeniach występowała duża liczba przewodów skutkiem czego występują na nich spadki napięć powodujące straty

Potwierdziło się prawo Ohma jest zachowane dla wszystkich elementów obwodu.Prąd płynący w obwodzie jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji
Połączenia szeregowe oporników spowoduje ,że rezystancja zastępcza w obwodzie , będzie równa sumie rezystancji poszczególnych oporników
Badając rezystory połączone równolegle obserwujemy ,że odwrotność rezystancji zastępczej jest równa sumie odwrotności rezystancji poszczególnych rezystorów
Uwzględniając stosunkowo małe błędy możemy stwierdzić słuszność prawa prądowego jak i napięciowego Kirchhoffa

Wnioski jakie wyciągnąłem z ćwiczenia to przede wszystkim to że:

Potwierdziło się prawo Ohma, gdyż im większa rezystancja występowała w obwodzie podłączonym do stałego napięcia, tym mniejszy prąd płynął w obwodzie, a spadek napięcia na rezystorze zależy od rezystancji tego opornika i prądu przez niego płynącego.

Połączenia szeregowe oporników spowoduje, że rezystancja zastępcza w obwodzie, będzie równa sumie rezystancji poszczególnych oporników. Suma spadków napięć występujących na poszczególnych rezystorach jest równa napięciu źródła, a przez taki obwód płynie prąd, który jest taki sam, dla każdego elementu, czyli w taki obwód wystarczy wpiąć jeden amperomierz. W obwodzie w którym oporniki połączone są równolegle jak w ćwiczeniu drugim spadek napięcia na każdym rezystorze jest taki sam, a prąd płynący przez każdy z elementów po zsumowaniu dają prąd jaki płynie w obwodzie głównym. Tym samym potwierdziło się I prawo Kirchhoffa. Rezystancja oporników połączonych równolegle jest równa sumie odwrotności poszczególnych rezystancji. Potwierdziło się również II prawo Kirchhoffa gdyż suma spadków napięć na poszczególnych elementach jest równa napięciu źródła.