Zielsetzung:

Vertiefung der Kenntnisse über das Ohmsche Gesetz für Kettenabschnitte und das Ohmsche Gesetz für eine komplette Kette. Anwendung der Kirchhoffschen Regeln zur Berechnung von Gleichstromkreisen.

Ausrüstung : Schulungs- und Laborständer „Gesetze des Gleichstroms“, ein Multimeter, drei oder vier Widerstände mit bekannten Widerständen, zwei galvanische Zellen unterschiedlichen Typs, Anschlussdrähte.

Einführung

Aussage zum Problem der Berechnung des Gleichstromkreises: „Wenn Sie die Werte der im Stromkreis wirkenden EMK, die Innenwiderstände der Stromquellen und die Widerstände aller Elemente des Stromkreises kennen, berechnen Sie die Stromstärken in jedem Abschnitt des Stromkreises und den Spannungsabfall in jedem Element .“

Bei der Lösung dieses Problems verwenden wir:

Ohmsches Gesetz für einen Schaltungsabschnitt

ich- Stromstärke, U- Spannung im Schaltungsteil, R- Schnittwiderstand;

Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis

ich- Stromstärke, e - emf Stromquelle, R ist der Widerstand des äußeren Stromkreises, r ist der Innenwiderstand der Stromquelle.

Die direkte Berechnung von verzweigten Stromkreisen, die mehrere geschlossene Stromkreise und mehrere Stromquellen enthalten, wird unter Verwendung von zwei Kichhoff-Regeln durchgeführt.

Jeder Punkt in einem verzweigten Stromkreis, an dem mindestens drei stromführende Leiter zusammenlaufen, wird als bezeichnet Knoten. In diesem Fall gilt der in den Knoten eintretende Strom als positiv und der den Knoten verlassende Strom als negativ.

Kirchhoffs erste Regel: die algebraische Stärke der im Knoten zusammenlaufenden Ströme ist Null:

Kirchhoffs zweite Regel: In jedem geschlossenen Stromkreis, willkürlich gewählt in einem verzweigten Stromkreis, ist die algebraische Summe der Produkte der Stromkräfte und der Widerstände der entsprechenden Abschnitte dieses Stromkreises gleich der algebraischen Summe der im Stromkreis angetroffenen EMK:

(4)

Standbeschreibung "Gesetze des Gleichstroms"

Die Arbeit verwendet einen Ständer, der aus zwei Stromquellen (galvanischen Zellen), einem Satz von vier Widerständen mit bekannten Widerständen, einem Multimeter und einem Satz Verbindungsdrähte besteht.

1. Beim Zusammenbau von Stromkreisen muss bei jeder Verbindung auf guten Kontakt geachtet werden.

2. Anschlussdrähte sind unter den Klemmen verdrillt im Uhrzeigersinn .

3. Beim Messen von Strömen und Spannungen müssen die Multimetersonden fest an die Klemmen gedrückt werden.

4. Messungen werden durchgeführt, wenn der Stromkreis mit einem Knopf kurzgeschlossen wird.

5. Lassen Sie die Kette nicht längere Zeit zusammengebaut.

Lernen Sie zunächst die Regeln für das Messen mit einem universellen elektrischen Messgerät - einem Multimeter.

Messung, Verarbeitung und Präsentation von Messergebnissen

Übung 1.

emf Stromquelle kann direkt mit einem Voltmeter mit ziemlich hoher Genauigkeit gemessen werden. Es ist jedoch zu beachten, dass in diesem Fall die gemessene Spannung geringer ist als der wahre Wert der EMK. die Größe des Spannungsabfalls an der Stromquelle selbst.

, (5)

wo U- Voltmeterablesungen.

Die Differenz zwischen dem wahren Wert von emf. und die gemessene Spannung ist gleich:

. (6)

In diesem Fall ist der relative Fehler bei der Messung von EMK. entspricht:

(7)

Normalerweise ist der Widerstand der Stromquelle (galvanische Zelle) mehrere Ohm(Zum Beispiel, 1 Ohm). Auch wenn der Widerstand des Voltmeters klein ist (z. B. 100 Ohm), dann in diesem Fall der Fehler der direkten Messung der EMK Summen » 1%. Ein guter Voltmeter, einschließlich der in einem Multimeter verwendeten, hat einen Widerstand in der Größenordnung 10 6 Ohm. Es ist klar, dass wir bei Verwendung eines solchen Voltmeters davon ausgehen können, dass der Messwert des Voltmeters praktisch gleich der gemessenen EMK von der Stromquelle ist.

1. Bereiten Sie das Multimeter für die Gleichspannungsmessung vor, bis 2 V .

2. Messen und notieren Sie ihre EMK, ohne die galvanischen Zellen aus den Halterungen zu entfernen. auf Hundertstel Volt genau.

3. E.f.s. der Wert ist immer positiv. Achten Sie beim Anschluss des Multimeters an Stromquellen auf die Polarität. Die rote Sonde des Multimeters wird mit dem „+“ der Stromquelle verbunden.

Aufgabe 2.

Der Innenwiderstand einer Stromquelle lässt sich nach dem Ohmschen Gesetz berechnen:

1. Bereiten Sie ein Multimeter vor, um Gleichstrom zu messen, bis 10(20)A .

2. Stellen Sie einen Stromkreis aus einer in Reihe geschalteten Stromquelle, einem Widerstand (einer aus dem Satz) und einem Amperemeter her.

3. Messen Sie den Strom im Stromkreis.

4. Berechnen und notieren Sie den Innenwiderstand der Quelle.

5. Nehmen Sie ähnliche Messungen für ein anderes Element vor.

Aufgabe 3. Berechnung des Gleichstromkreises

1. Bauen Sie den Stromkreis nach dem vom Lehrer vorgeschlagenen Schema zusammen (Schemata 1-7).

2. Zeichnen Sie im Arbeitsbericht ein Diagramm und geben Sie die Werte der ausgewählten Widerstände an.

3. Berechnen Sie anhand der Kirchhoffschen Regeln die Ströme in allen Zweigen der Schaltung. Berechnen Sie die Spannungsabfälle an jedem Widerstand.

4. Messen Sie mit einem Multimeter den Strom an einer für die Messung zugänglichen Stelle. Messen Sie den Spannungsabfall an jedem Widerstand.

5. Vergleichen Sie in der Ausgabe die gemessenen und berechneten Werte und geben Sie die Gründe für mögliche Abweichungen an.

Aufgabe 4. Anschluss von Stromquellen in Batterien

1. Stromquellen können auf zwei Arten an Batterien angeschlossen werden: parallel und in Reihe. Wenn die Quellen in Reihe geschaltet sind, dann ihre EMK. und die Innenwiderstände addieren sich zu:

Bei einer Parallelschaltung identischer Stromquellen wird die Summe der EMK. Batterie ist gleich EMK. eine Quelle, und der Innenwiderstand der Batterie ist n-mal kleiner als der Innenwiderstand einer Stromquelle:

(10)

Bauen Sie die Schaltungen nach den Schemata 8, 9 auf, in denen beide Anschlussschemata implementiert sind. Berechnen und messen Sie den Strom im Stromkreis an diesen Anschlüssen. Vergleichen Sie in der Ausgabe die berechneten und gemessenen Werte.

Laborbericht Nr. 3

Untersuchung der Anwendung des Ohmschen Gesetzes auf die Berechnung von Gleichstromkreisen

durchgeführt von einem Schüler der Schule "Search"

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„…….“………….. 200….

Übung 1 . Definition für emf Aktuelle Quellen

Erste Stromquelle e 1 = ……… BEIM

Zweite Stromquelle e 2 = ……… BEIM

Aufgabe 2 . Messung des Innenwiderstandes von Stromquellen

Erste Stromquelle

R = ……… Ohm, ich = ……… A, r 1 = ……… Ohm

Zweite Stromquelle

R = ……… Ohm, ich = ……… A, r 2 = ……… Ohm

Tabelle 1

Fazit: ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………

Beim Entwerfen und Reparieren von Schaltungen für verschiedene Zwecke muss das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Schaltung berücksichtigt werden. Daher müssen diejenigen, die dies tun werden, zum besseren Verständnis der Prozesse dieses Gesetz kennen. Die Ohmschen Gesetze werden in zwei Kategorien unterteilt:

• für einen separaten Abschnitt des Stromkreises;
• für einen komplett geschlossenen Kreislauf.

In beiden Fällen wird der Innenwiderstand in der Stromversorgungsstruktur berücksichtigt. Bei rechnerischen Berechnungen werden das Ohmsche Gesetz für einen geschlossenen Stromkreis und andere Definitionen verwendet.

Die einfachste Schaltung mit einer EMF-Quelle

Um das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Schaltung zu verstehen, wird zur besseren Übersichtlichkeit die einfachste Schaltung mit einer minimalen Anzahl von Elementen, EMF und aktiver Widerstandslast betrachtet. Anschlussdrähte können dem Bausatz hinzugefügt werden. Eine 12-V-Autobatterie ist ideal für die Stromversorgung, sie gilt als EMF-Quelle mit eigenem Widerstand in den Strukturelementen.

Die Rolle der Last spielt eine gewöhnliche Glühlampe mit einem Wolframfaden, der einen Widerstand von mehreren zehn Ohm hat. Dieser Verbraucher wandelt elektrische Energie in Wärme um. Nur wenige Prozent werden für die Emission eines Lichtstrahls aufgewendet. Bei der Berechnung solcher Stromkreise wird das Ohmsche Gesetz für einen geschlossenen Stromkreis verwendet.

Der Grundsatz der Verhältnismäßigkeit

Experimentelle Studien zum Messen von Größen bei verschiedenen Werten der Parameter der gesamten Schaltung:

• Stromstärke - I A;
• Die Summen der Batterie- und Lastwiderstände - R + r werden in Ohm gemessen;
• EMF - Stromquelle, bezeichnet als E. gemessen in Volt

Es wurde festgestellt, dass die Stromstärke direkt proportional zur EMF und umgekehrt proportional zur Summe der Widerstände ist, die im Stromkreis in Reihe geschaltet sind. Algebraisch formulieren wir dies wie folgt:

Das betrachtete Beispiel einer Schaltung mit einem geschlossenen Stromkreis - mit einer Stromversorgung und einem externen Lastwiderstandselement in Form einer Lampe mit einem Glühfaden. Bei der Berechnung komplexer Schaltungen mit mehreren Schaltungen und vielen Lastelementen wird das Ohmsche Gesetz für die gesamte Schaltung und andere Regeln angewendet. Insbesondere müssen Sie die Kirhoffschen Gesetze kennen, verstehen, was zweipolige Netzwerke, Vierpole, Ausgangsknoten und einzelne Zweige sind. Dies bedarf einer ausführlichen Betrachtung in einem gesonderten Artikel, früher wurde dieser Kurs TERC (Theory of Electrical and Radio Circuits) mindestens zwei Jahre an Instituten gelehrt. Wir beschränken uns daher auf eine einfache Definition nur für einen vollständigen Stromkreis.

Merkmale des Widerstands in Netzteilen

Wichtig! Wenn wir den Widerstand der Spirale auf der Lampe im Diagramm und im realen Design sehen, ist der Innenwiderstand im Design einer galvanischen Batterie oder eines Akkumulators nicht sichtbar. Im wirklichen Leben, selbst wenn Sie die Batterie zerlegen, ist es unmöglich, den Widerstand zu finden, er existiert nicht als separates Teil, manchmal wird er in den Diagrammen angezeigt.

Auf molekularer Ebene entsteht ein Innenwiderstand. Die leitfähigen Materialien einer Batterie oder einer anderen Generatorstromquelle mit Gleichrichter sind nicht zu 100 % leitfähig. Es gibt immer Elemente mit Partikeln eines Dielektrikums oder Metalle anderer Leitfähigkeit, dies führt zu Strom- und Spannungsverlusten in der Batterie. An Akkumulatoren und Batterien zeigt sich am deutlichsten der Einfluss des Widerstands von Bauelementen auf die Höhe von Spannung und Strom am Ausgang. Die Fähigkeit der Quelle, den maximalen Strom zu liefern, bestimmt die Reinheit der Zusammensetzung der leitfähigen Elemente und des Elektrolyten. Je reiner die Materialien, desto niedriger der Wert von r, die EMF-Quelle erzeugt mehr Strom. Und umgekehrt ist bei Vorhandensein von Verunreinigungen der Strom geringer, r nimmt zu.

In unserem Beispiel hat die Batterie eine EMF von 12 V, eine Glühbirne ist daran angeschlossen, die eine Leistung von 21 W verbrauchen kann. In diesem Modus erwärmt sich die Lampenspule auf das maximal zulässige Glühen. Die Formulierung des durchfließenden Stroms lautet wie folgt:

Ich \u003d P\U \u003d 21 W / 12 V \u003d 1,75 A.

In diesem Fall brennt die Lampenspirale bei halber Hitze, wir werden den Grund für dieses Phänomen herausfinden. Für Berechnungen des Gesamtlastwiderstands (R + r) wenden die Ohmschen Gesetze für einzelne Schaltungsabschnitte und die Proportionalitätsprinzipien an:

(R + r) \u003d 12\ 1,75 \u003d 6,85 Ohm.

Es stellt sich die Frage, wie man den Wert von r aus der Summe der Widerstände extrahiert. Eine Option ist zulässig - den Widerstand der Lampenspirale mit einem Multimeter zu messen, von der Gesamtsumme abzuziehen und den Wert von r - EMF zu erhalten. Diese Methode ist nicht genau - wenn die Spirale erhitzt wird, ändert der Widerstand seinen Wert erheblich. Es ist offensichtlich, dass die Lampe nicht die in ihren Eigenschaften angegebene Leistung verbraucht. Es ist klar, dass die Spannung und der Strom zum Heizen der Spule klein sind. Um den Grund herauszufinden, messen wir den Spannungsabfall an der Batterie bei angeschlossener Last, er beträgt beispielsweise 8 Volt. Angenommen, der Spulenwiderstand wird nach den Proportionalitätsprinzipien berechnet:

U / I \u003d 12 V / 1,75 A \u003d 6,85 Ohm.

Bei sinkender Spannung bleibt der Widerstand der Lampe konstant, in diesem Fall:

• I \u003d U / R \u003d 8 V / 6,85 Ohm \u003d 1,16 A bei den erforderlichen 1,75 A;
• Stromverlust \u003d (1,75 -1,16) \u003d 0,59 A;
• Spannung = 12V - 8V = 4V.

Die Leistungsaufnahme beträgt P = UxI = 8V x 1,16A = 9,28 W statt der vorgeschriebenen 21 W. Finden Sie heraus, wohin die Energie geht. Es kann nicht über den geschlossenen Kreislauf hinausgehen, es bleiben nur die Drähte und das Design der EMF-Quelle.

EMF-Beständigkeit -rkann mit den verlorenen Werten von Spannung und Strom berechnet werden:

r \u003d 4 V / 0,59 A \u003d 6,7 Ohm.

Es stellt sich heraus, dass der Innenwiderstand der Stromquelle die Hälfte der ihm zugewiesenen Energie „verschlingt“, was natürlich nicht normal ist.

Dies geschieht bei alten verbrauchten oder defekten Batterien. Jetzt versuchen die Hersteller, die Qualität und Reinheit der verwendeten stromführenden Materialien zu überwachen, um Verluste zu reduzieren. Damit die maximale Leistung an die Last geliefert werden kann, kontrollieren Fertigungstechnologien für EMF-Quellen, dass der Wert 0,25 Ohm nicht überschreitet.

Wenn Sie das Ohmsche Gesetz für einen geschlossenen Stromkreis kennen und die Proportionalitätspostulate verwenden, können Sie leicht die erforderlichen Parameter für elektrische Schaltungen berechnen, um fehlerhafte Elemente zu bestimmen oder neue Schaltungen für verschiedene Zwecke zu entwerfen.

Video

Das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Stromkreis ist ein empirisches (experimentelles) Gesetz, das die Beziehung zwischen Stromstärke, elektromotorischer Kraft (EMK) und äußerem und innerem Widerstand in einem Stromkreis festlegt.

Bei realen Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften von Gleichstromkreisen muss der Widerstand der Stromquelle selbst berücksichtigt werden. In der Physik wird also von einer idealen Stromquelle zu einer realen Stromquelle übergegangen, die einen eigenen Widerstand hat (siehe Abb. 1).

Reis. 1. Bild idealer und realer Stromquellen

Die Betrachtung einer Stromquelle mit eigenem Widerstand verpflichtet zur Anwendung des Ohmschen Gesetzes für einen kompletten Stromkreis.

Wir formulieren das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Stromkreis wie folgt (siehe Abb. 2): Die Stromstärke in einem vollständigen Stromkreis ist direkt proportional zur EMK und umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand des Stromkreises, wobei der Gesamtwiderstand als Summe zu verstehen ist von Außen- und Innenwiderständen.

Reis. 2. Schema des Ohmschen Gesetzes für einen vollständigen Stromkreis.

• R – Außenwiderstand [Ohm];
• r ist der Widerstand der EMF-Quelle (intern) [Ohm];
• I - Stromstärke [A];
• ε – EMK der Stromquelle [V].

Betrachten wir einige Aufgaben zu diesem Thema. Ohmsche Gesetz-Aufgaben für die komplette Schaltung werden in der Regel Schülern der 10. Klasse gegeben, damit sie das vorgegebene Thema besser verstehen können.

I. Bestimmen Sie die Stromstärke in einem Stromkreis mit einer Glühbirne, einem Widerstand von 2,4 Ohm und einer Stromquelle, deren EMK 10 V und einem Innenwiderstand von 0,1 Ohm beträgt.

Nach Definition des Ohmschen Gesetzes für einen vollständigen Stromkreis ist die Stromstärke:

II. Ermitteln Sie den Innenwiderstand einer Stromquelle mit einer EMK von 52 V. Wenn bekannt ist, dass beim Anschluss dieser Stromquelle an einen Stromkreis mit einem Widerstand von 10 Ohm das Amperemeter einen Wert von 5 A anzeigt.

Wir schreiben das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Stromkreis und drücken daraus den Innenwiderstand aus:

III. Einmal fragte ein Schüler einen Physiklehrer: „Warum geht die Batterie zur Neige?“ Wie beantworte ich diese Frage richtig?

Wir wissen bereits, dass eine reale Quelle einen eigenen Widerstand hat, der entweder auf den Widerstand von Elektrolytlösungen für galvanische Zellen und Batterien oder auf den Widerstand von Leitern für Generatoren zurückzuführen ist. Nach dem Ohmschen Gesetz für einen vollständigen Stromkreis:

Daher kann der Strom in der Schaltung entweder aufgrund einer Abnahme der EMF oder aufgrund einer Erhöhung des Innenwiderstands abnehmen. Der EMF-Wert der Batterie ist nahezu konstant. Daher wird der Strom in der Schaltung reduziert, indem der Innenwiderstand erhöht wird. Die "Batterie" setzt sich also, wenn ihr Innenwiderstand zunimmt.

Thema: "Untersuchung des Ohmschen Gesetzes für einen Kettenabschnitt"

Zielsetzung: die Abhängigkeit der Stromstärke von Spannung und Widerstand experimentell zu ermitteln.

Ausrüstung: Laboramperemeter, Laborvoltmeter, Netzteil, ein Satz von drei Widerständen mit Widerständen von 1 Ohm, 2 Ohm, 4 Ohm, Rheostat, Stromschließschalter, Verbindungsdrähte.

Arbeitsprozess.

Kurze theoretische Informationen

Elektrischer Strom -geordnete Bewegung geladener Teilchen

Das quantitative Maß für den elektrischen Strom ist Stromstärke ich

Stromstärke -– skalare physikalische Größe gleich dem Verhältnis der Ladung q, die in einem Zeitintervall t durch den Querschnitt des Leiters übertragen wird, zu diesem Zeitintervall:

Im Internationalen Einheitensystem SI wird der Strom gemessen Ampere [SONDERN].

Instrument zur Messung der Stromstärke Amperemeter. In der Kette enthalten nacheinander

Stromspannung- Dies ist eine physikalische Größe, die die Wirkung eines elektrischen Felds auf geladene Teilchen charakterisiert und numerisch gleich der Arbeit eines elektrischen Felds ist, um eine Ladung von einem Punkt mit einem Potential zu bewegenφ 1 bis zum Potenzialφ 2

U 12 \u003d φ 1 - φ 2

U- Stromspannung

EIN – derzeitige Arbeit

q – elektrische Ladung

Spannungseinheit - Volt [V]

Spannungsmessgerät - Voltmeter. Es wird parallel zu dem Teil der Schaltung geschaltet, an dem die Potentialdifferenz gemessen wird.

Auf den Diagrammen der Stromkreise ist das Amperemeter angegeben.

Der Wert, der den Widerstand gegen den elektrischen Strom im Leiter charakterisiert, der auf die innere Struktur des Leiters und die chaotische Bewegung seiner Teilchen zurückzuführen ist, wird genanntder elektrische Widerstand des Leiters.

Der elektrische Widerstand eines Leiters hängt abGrößen und Leiter Formen und von Material, aus dem der Dirigent besteht.

S ist die Querschnittsfläche des Leiters

l – Leiterlänge

ρ – spezifischer Widerstand des Leiters

In SI ist die Einheit des elektrischen Widerstands von Leitern Ohm[Ohm].

Grafische Abhängigkeit Stromstärke ich von Spannung U - Volt-Ampere-Charakteristik

Ohmsches Gesetz für einen homogenen Abschnitt der Kette: Der Strom in einem Leiter ist direkt proportional zur angelegten Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand des Leiters.

Benannt nach seinem Entdecker Georg Ohm.

Praktischer Teil

1. Um die Arbeit auszuführen, bauen Sie einen Stromkreis aus einer Stromquelle, einem Amperemeter, einem Rheostat, einem 2-Ohm-Drahtwiderstand und einem Schlüssel zusammen. Schließen Sie ein Voltmeter parallel zum Drahtwiderstand an (siehe Diagramm).

2. Erfahrung 1.

Tabelle 1. Streckenwiderstand 2 Ohm

3.

4. Erfahrung 2.

Tabelle 2.

5.

6. Sicherheitsfragen beantworten.

Testfragen

1. Was ist elektrischer Strom?

2. Definieren Sie die Stromstärke. Wie wird es bezeichnet? Was ist die Formel?

3. Was ist die Strommaßeinheit?

4. Welches Instrument misst die Stromstärke? Wie ist es mit dem Stromkreis verbunden?

5. Spannung definieren. Wie wird es bezeichnet? Was ist die Formel?

6. Was ist die Einheit der Spannungsmessung?

7. Welches Gerät misst Spannung? Wie ist es mit dem Stromkreis verbunden?

8. Widerstand definieren. Wie wird es bezeichnet? Was ist die Formel?

9. Was ist die Maßeinheit für den Widerstand?

10. Formulieren Sie das Ohmsche Gesetz für den Kettenabschnitt.

Messoption.

Erfahrung 1. Untersuchung der Abhängigkeit der Stromstärke von der Spannung in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises. Schalten Sie den Strom ein. Bringen Sie die Spannung an den Klemmen des Drahtwiderstands mit einem Rheostat auf 1 V, dann auf 2 V und bis zu 3 V. Messen Sie jedes Mal den Strom und tragen Sie die Ergebnisse in die Tabelle ein. ein.

Tabelle 1. Streckenwiderstand 2 Ohm

Zeichnen Sie basierend auf den experimentellen Daten ein Strom-Spannungs-Diagramm. Machen Sie eine Schlussfolgerung.

Erfahrung 2. Untersuchung der Abhängigkeit der Stromstärke vom Widerstand eines Schaltungsabschnitts bei konstanter Spannung an seinen Enden. Fügen Sie auf die gleiche Weise einen Drahtwiderstand in die Schaltung ein, zuerst mit einem Widerstand von 1 Ohm, dann 2 Ohm und 4 Ohm. Stellen Sie mit einem Regelwiderstand an den Enden des Abschnitts jeweils die gleiche Spannung ein, z. B. 2 V. Messen Sie die Stromstärke und tragen Sie die Ergebnisse in Tabelle 2 ein.

Tabelle 2.Konstante Spannung auf dem Grundstück 2 V

Zeichnen Sie anhand der experimentellen Daten die Abhängigkeit der Stromstärke vom Widerstand auf. Machen Sie eine Schlussfolgerung.

Präsentation: "Laborarbeit: "Untersuchung des Ohmschen Gesetzes für einen Kettenabschnitt" .

(edocs)fizpr/lr7f.pptx,800.600(/edocs)

Laborarbeit №10. "Das Studium des Ohmschen Gesetzes für eine vollständige Schaltung - 3 Wege." Der Zweck der Arbeit: das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Schaltung zu studieren. Aufgaben der Arbeit:  Bestimmung von EMK und Innenwiderstand einer Gleichstromquelle anhand ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie;  Untersuchung der grafischen Abhängigkeit der im äußeren Stromkreis freigesetzten Leistung von der Größe des elektrischen Stroms P  f I  . Ausstattung: Gleichstromquelle, Amperemeter, Voltmeter, Anschlussdrähte, Schlüssel, Rheostat. Theorie und Methode der Arbeitsausführung: Ohmsches Gesetz I  Rr für einen vollständigen Stromkreis I  Rr . Transformieren wir    I  R  r   I  R  I  r  U  I  r    U  I  r  U    I  r . Ausdruck Die Abhängigkeit der Spannung am Ausgang der Gleichstromquelle von der Größe der Stromstärke (Spannungsverlauf) hat also die Form (siehe Abb. 1): Abb. 1 Analyse der Strom-Spannungs-Kennlinie einer Gleichstromquelle: 1) für Punkt C: I=0, dann U    0  r   2) für Punkt D: U=0, dann 0    I  r    I  r  I  3) tg  U   r I I Kurzschluss   I Kurzschluss r   I  r   I    I 2  r . Daher ist die graphische Abhängigkeit P  f I  eine Parabel, deren Äste nach unten gerichtet sind (siehe Abb. 2). Reis. 2 Analyse der grafischen Abhängigkeit P  f I  (siehe Abb. 3): fig. 3 1) für Punkt B: P=0, dann 0  I   I 2  r  0    I  r  I   r  I k.z. , d.h. Abszisse t.B entspricht dem Kurzschlussstrom; 2) weil die Parabel symmetrisch ist, dann ist die Abszisse t.A der halbe Kurzschlussstrom I  3) weil in t.A I  I k.   , und die Ordinate entspricht dem maximalen Leistungswert; 2 2r  Rr und I  2r , dann erhalten wir nach Transformationen R=r – die Bedingung, unter der die im äußeren Stromkreis mit einer Gleichstromquelle abgegebene Leistung den maximalen Wert annimmt; 2     r  4) maximaler Leistungswert P  I 2  R   .  4r 2r 2 Betrieb: 1. Verbinden Sie das Voltmeter mit den Klemmen der DC-Quelle (siehe Abb. 4). Die vom Voltmeter angezeigte Spannung wird als Wert der EMK der Gleichstromquelle genommen und als Referenz für diese Laborarbeit betrachtet. Schreiben Sie das Ergebnis in der Form: (U±U) V. Nehmen Sie den absoluten Fehler gleich dem Teilungswert des Voltmeters. Reis. 4 2. Bauen Sie den Versuchsaufbau nach dem in Abbildung 5 gezeigten Schema auf: abb. 5 3. Führen Sie eine Reihe von 5-10 Experimenten durch, mit sanfter Bewegung des Rheostat-Schiebers, tragen Sie die Messergebnisse in die Tabelle ein: Strom Spannung I U A B 4. Konstruieren Sie anhand der gewonnenen experimentellen Daten die Strom-Spannungs-Kennlinie der DC-Quelle. 5. Bestimmen Sie den möglichen Wert der EMK der DC-Quelle und des Kurzschlussstroms. 6. Wenden Sie die Methode der grafischen Verarbeitung experimenteller Daten und Berechnungen an, um den Innenwiderstand einer Gleichstromquelle zu berechnen. 7. Präsentieren Sie die Ergebnisse der Berechnungen in der Form:  EMK der DC-Quelle: (avg±avg) V;  Innenwiderstand der DC-Quelle: r=(rav±rav) Ohm. 8. Erstellen Sie eine grafische Abhängigkeit U  f I  in Microsoft Excel, indem Sie den Diagrammassistenten verwenden und eine Trendlinie und eine Angabe der Geradengleichung hinzufügen. Bestimmen Sie anhand der Hauptparameter der Gleichung den möglichen Wert der EMF einer Gleichstromquelle, des Kurzschlussstroms und des Innenwiderstands. 9. Geben Sie auf den numerischen Achsen den Wertebereich von EMF, Innenwiderstand einer Gleichstromquelle und Kurzschlussstrom an, der durch verschiedene Bestimmungsmethoden erhalten wird. 10. Untersuchen Sie die im äußeren Stromkreis freigesetzte Leistung anhand der Größe des elektrischen Stroms. Füllen Sie dazu die Tabelle aus und bilden Sie eine grafische Abhängigkeit P  f I  : Stromstärke Leistung I P A W 11. Bestimmen Sie anhand der Grafik den maximalen Leistungswert, Kurzschlussstrom, Innenwiderstand der Stromquelle und EMK. 12. Es ist möglich, eine grafische Abhängigkeit P  f I  in Microsoft Excel zu erstellen, indem Sie den Diagrammassistenten verwenden und eine polynomische Trendlinie mit einem Grad von 2 hinzufügen, dem Schnittpunkt der Kurve mit der OY (P)-Achse am Ursprung und zeigt die Gleichung im Diagramm an. Bestimmen Sie anhand der Hauptparameter der Gleichung den maximalen Leistungswert, den Kurzschlussstrom, den Innenwiderstand der Stromquelle und die EMF. 13. Formulieren Sie ein allgemeines Fazit zur Arbeit.