Objetivo:

Aprofundando o conhecimento sobre a lei de Ohm para seções de cadeia e a lei de Ohm para uma cadeia completa. Aplicação das regras de Kirchhoff para o cálculo de circuitos CC.

Equipamento : estande de treinamento e laboratório "Leis de corrente contínua", um multímetro, três ou quatro resistores com resistências conhecidas, duas células galvânicas de diferentes tipos, fios de conexão.

Introdução

Declaração do problema de cálculo do circuito DC: “Conhecendo os valores da fem atuando no circuito, as resistências internas das fontes de corrente e as resistências de todos os elementos do circuito, calcule as intensidades de corrente em cada seção do circuito e a queda de tensão em cada elemento .”

Ao resolver este problema, usamos:

Lei de Ohm para uma seção de circuito

EU- força atual, você- tensão na seção do circuito, R- resistência da seção;

Lei de Ohm para um circuito completo

EU- força atual, e - fem fonte atual, Ré a resistência do circuito externo, ré a resistência interna da fonte de corrente.

O cálculo direto de circuitos ramificados contendo vários circuitos fechados e várias fontes de corrente é realizado usando duas regras de Kichhoff.

Qualquer ponto em um circuito ramificado onde convergem pelo menos três condutores condutores de corrente é chamado de nó. Neste caso, a corrente que entra no nó é considerada positiva e a corrente que sai do nó é considerada negativa.

A primeira regra de Kirchhoff: a força algébrica das correntes convergentes no nó é zero:

Segunda regra de Kirchhoff: em qualquer circuito fechado, escolhido arbitrariamente em um circuito ramificado, a soma algébrica dos produtos das forças atuais e as resistências das seções correspondentes deste circuito é igual à soma algébrica das fem encontradas no circuito:

(4)

Descrição do stand "Leis de corrente contínua"

A obra utiliza um suporte composto por duas fontes de corrente (células galvânicas), um conjunto de quatro resistores com resistências conhecidas, um multímetro e um conjunto de fios de conexão.

1. Ao montar circuitos elétricos, é necessário garantir um bom contato em cada conexão.

2. Os fios de conexão são torcidos sob os terminais sentido horário .

3. Ao medir correntes e tensões, as pontas de prova do multímetro devem ser pressionadas firmemente nos terminais.

4. As medições são feitas quando o circuito é curto-circuitado com um botão.

5. Não deixe a corrente montada por muito tempo.

Antes de tudo, aprenda as regras para medir com um instrumento de medição elétrico universal - um multímetro.

Medição, processamento e apresentação de resultados de medição

Exercício 1.

fem fonte de corrente pode ser medida diretamente com um voltímetro com um grau bastante alto de precisão. Mas deve-se ter em mente que, neste caso, a tensão medida é menor que o valor real da fem. a magnitude da queda de tensão na própria fonte de corrente.

, (5)

Onde você- leituras do voltímetro.

A diferença entre o valor verdadeiro de fem. e a tensão medida é igual a:

. (6)

Neste caso, o erro relativo na medição de fem. é igual a:

(7)

Normalmente a resistência da fonte de corrente (célula galvânica) é de vários Ohm(Por exemplo, 1ohm). Mesmo que a resistência do voltímetro seja pequena (por exemplo, 100 ohms), então neste caso o erro de medição direta de fem totais » 1%. Um bom voltímetro, inclusive os usados ​​em multímetro, tem resistência da ordem 10 6 ohms. É claro que, ao usar esse voltímetro, podemos supor que a leitura do voltímetro é praticamente igual à fem medida da fonte de corrente.

1. Prepare o multímetro para medição de tensão CC até 2 V .

2. Sem remover as células galvânicas das luminárias, meça e registre sua fem. precisão de centésimos de volt.

3. E.f.s. o valor é sempre positivo. Observe a polaridade ao conectar o multímetro a fontes de alimentação. A ponta de prova vermelha do multímetro está conectada ao "+" da fonte de corrente.

Tarefa 2.

A resistência interna de uma fonte de corrente pode ser calculada usando a lei de Ohm:

1. Prepare um multímetro para medir a corrente CC até 10(20)A .

2. Faça um circuito elétrico a partir de uma fonte de corrente conectada em série, um resistor (um do conjunto) e um amperímetro.

3. Meça a corrente no circuito.

4. Calcule e registre a resistência interna da fonte.

5. Faça medições semelhantes para outro elemento.

Tarefa 3. Cálculo do circuito elétrico DC

1. Monte o circuito elétrico de acordo com o esquema proposto pelo professor (esquemas 1-7).

2. Desenhe um diagrama no relatório de trabalho e indique os valores dos resistores selecionados.

3. Usando as regras de Kirchhoff, calcule as correntes em todos os ramos do circuito. Calcule as quedas de tensão em cada resistor.

4. Usando um multímetro, meça a corrente em um local acessível para medição. Meça a queda de tensão em cada resistor.

5. Na saída, compare os valores medidos e calculados e indique os motivos das possíveis discrepâncias.

Tarefa 4. Conexão de fontes de corrente em baterias

1. As fontes de corrente podem ser conectadas às baterias de duas maneiras principais: em paralelo e em série. Se as fontes estiverem conectadas em série, então sua fem. e as resistências internas somam:

Com uma conexão paralela de fontes de corrente idênticas, a fem total. bateria é igual a fem. uma fonte, e a resistência interna da bateria é n vezes menor que a resistência interna de uma fonte de corrente:

(10)

Monte os circuitos de acordo com os esquemas 8, 9, nos quais ambos os esquemas de conexão são implementados. Calcule e meça a corrente no circuito nessas conexões. Na saída, compare os valores calculados e medidos.

Relatório de laboratório nº 3

Estudando a aplicação da lei de Ohm ao cálculo de circuitos CC

realizado por um aluno da escola "Pesquisar"

…………………………………………………………………………………

“…….”………….. 200….

Exercício 1 . Definição de emf fontes atuais

Primeira fonte de corrente e 1 = ……… NO

Segunda fonte de corrente e 2 = ……… NO

Tarefa 2 . Medição da resistência interna de fontes de corrente

Primeira fonte de corrente

R = ……… Ah, EU = ……… A, r 1 = ……… Ohm

Segunda fonte de corrente

R = ……… Ah, EU = ……… A, r 2 = ……… Ohm

tabela 1

Conclusão: …………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………

Ao projetar e reparar circuitos para diversos fins, a lei de Ohm para um circuito completo deve ser levada em consideração. Portanto, quem vai fazer isso, para uma melhor compreensão dos processos, essa lei deve ser conhecida. As leis de Ohm são divididas em duas categorias:

• para uma seção separada do circuito elétrico;
• para um circuito fechado completo.

Em ambos os casos, a resistência interna na estrutura da fonte de alimentação é levada em consideração. Em cálculos computacionais, a lei de Ohm para um circuito fechado e outras definições são usadas.

O circuito mais simples com uma fonte EMF

Para entender a lei de Ohm para um circuito completo, para maior clareza de estudo, considera-se o circuito mais simples com um número mínimo de elementos, EMF e carga resistiva ativa. Os fios de conexão podem ser adicionados ao kit. Uma bateria de carro de 12V é ideal para alimentação, pois é considerada uma fonte EMF com resistência própria nos elementos estruturais.

O papel da carga é desempenhado por uma lâmpada incandescente comum com um filamento de tungstênio, que possui uma resistência de várias dezenas de ohms. Esta carga converte energia elétrica em calor. Apenas alguns por cento são gastos na emissão de um fluxo de luz. Ao calcular esses circuitos, a lei de Ohm para um circuito fechado é usada.

O princípio da proporcionalidade

Estudos experimentais no processo de medição de grandezas em diferentes valores dos parâmetros do circuito completo:

• Força atual - I A;
• As somas das resistências de bateria e carga - R + r são medidas em ohms;
• EMF - fonte de corrente, indicada como E. medida em volts

percebeu-se que a intensidade da corrente é diretamente proporcional à EMF e inversamente proporcional à soma das resistências que estão fechadas em série no circuito. Algebricamente, formulamos isso da seguinte forma:

O exemplo considerado de um circuito com um circuito fechado - com uma fonte de alimentação e um elemento externo de resistência de carga na forma de uma lâmpada com filamento incandescente. Ao calcular circuitos complexos com vários circuitos e muitos elementos de carga, a lei de Ohm é aplicada para todo o circuito e outras regras. Em particular, você precisa conhecer as leis de Kirhoff, entender o que são redes de dois terminais, quadripolos, nós de saída e ramos individuais. Isso requer uma consideração detalhada em um artigo separado; anteriormente, este curso TERC (teoria dos circuitos elétricos e de rádio) foi ministrado em institutos por pelo menos dois anos. Portanto, nos restringimos a uma definição simples apenas para um circuito elétrico completo.

Características de resistência em fontes de alimentação

Importante! Se virmos a resistência da espiral na lâmpada no diagrama e no projeto real, a resistência interna no projeto de uma bateria galvânica ou acumulador não é visível. Na vida real, mesmo se você desmontar a bateria, é impossível encontrar a resistência, ela não existe como parte separada, às vezes é exibida nos diagramas.

A resistência interna é criada no nível molecular. Os materiais condutores de uma bateria ou outra fonte de energia do gerador com retificador não são 100% condutores. Sempre há elementos com partículas de um dielétrico ou metais de outra condutividade, isso cria perdas de corrente e tensão na bateria. Em acumuladores e baterias, a influência da resistência dos elementos estruturais na magnitude da tensão e corrente na saída é exibida com mais clareza. A capacidade da fonte de fornecer a corrente máxima determina a pureza da composição dos elementos condutores e do eletrólito. Quanto mais puros os materiais, menor o valor de r, a fonte EMF produz mais corrente. E, inversamente, na presença de impurezas, a corrente é menor, r aumenta.

No nosso exemplo, a bateria tem um CEM de 12V, uma lâmpada é conectada a ela, capaz de consumir uma potência de 21 W, neste modo a bobina da lâmpada aquece até o brilho máximo permitido. A formulação da corrente que passa por ele é escrita como:

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

Nesse caso, a espiral da lâmpada queima com metade do calor, descobriremos o motivo desse fenômeno. Para cálculos de resistência de carga total (R + r) aplicam as leis de Ohm para seções individuais de circuitos e os princípios da proporcionalidade:

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

Surge a questão de como extrair o valor de r da soma das resistências. Uma opção é permitida - medir a resistência da espiral da lâmpada com um multímetro, subtraí-la do total e obter o valor de r - EMF. Este método não será preciso - quando a espiral é aquecida, a resistência altera seu valor significativamente. É óbvio que a lâmpada não consome a potência declarada em suas características. É claro que a tensão e a corrente para aquecer a bobina são pequenas. Para descobrir o motivo, vamos medir a queda de tensão na bateria com a carga conectada, por exemplo, será de 8 volts. Suponha que a resistência da bobina seja calculada usando os princípios da proporcionalidade:

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

Quando a tensão cai, a resistência da lâmpada permanece constante, neste caso:

• I \u003d U / R \u003d 8V / 6,85 Ohm \u003d 1,16 A no 1,75A necessário;
• Perda de corrente \u003d (1,75 -1,16) \u003d 0,59A;
• Voltagem = 12V - 8V = 4V.

O consumo de energia será P = UxI = 8V x 1,16A = 9,28 W em vez dos 21 W prescritos. Descubra para onde vai a energia. Não pode ir além do circuito fechado, apenas os fios e o design da fonte EMF permanecem.

Resistência EMF -rpode ser calculado usando os valores perdidos de tensão e corrente:

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

Acontece que a resistência interna da fonte de energia “devora” metade da energia alocada a si mesma, e isso, é claro, não é normal.

Isso acontece em baterias velhas gastas ou com defeito. Agora, os fabricantes estão tentando monitorar a qualidade e a pureza dos materiais condutores de corrente usados ​​para reduzir as perdas. Para que a potência máxima seja fornecida à carga, as tecnologias de fabricação de fontes EMF controlam que o valor não exceda 0,25 ohms.

Conhecendo a lei de Ohm para um circuito fechado, usando os postulados da proporcionalidade, você pode calcular facilmente os parâmetros necessários para circuitos elétricos para determinar elementos defeituosos ou projetar novos circuitos para diversos fins.

Vídeo

A lei de Ohm para um circuito completo é uma lei empírica (obtida de experimentos) que estabelece a relação entre a força da corrente, a força eletromotriz (EMF) e a resistência externa e interna em um circuito.

Ao realizar estudos reais das características elétricas dos circuitos CC, é necessário levar em consideração a resistência da própria fonte de corrente. Assim, na física, é feita uma transição de uma fonte de corrente ideal para uma fonte de corrente real, que tem sua própria resistência (ver Fig. 1).

Arroz. 1. Imagem de fontes de corrente ideais e reais

A consideração de uma fonte de corrente com sua própria resistência obriga a usar a lei de Ohm para um circuito completo.

Formulamos a lei de Ohm para um circuito completo da seguinte forma (veja a Fig. 2): a intensidade da corrente em um circuito completo é diretamente proporcional à EMF e inversamente proporcional à resistência total do circuito, onde a resistência total é entendida como a soma de resistências externas e internas.

Arroz. 2. Esquema da lei de Ohm para um circuito completo.

• R – resistência externa [Ohm];
• r é a resistência da fonte EMF (interna) [Ohm];
• I - intensidade da corrente [A];
• ε – EMF da fonte de corrente [V].

Vamos considerar algumas tarefas sobre este tópico. As tarefas da lei de Ohm para o circuito completo geralmente são dadas aos alunos da 10ª série para que eles possam entender melhor o tópico especificado.

I. Determine a intensidade da corrente em um circuito com uma lâmpada, uma resistência de 2,4 ohms e uma fonte de corrente cuja EMF é 10 V e uma resistência interna de 0,1 ohms.

Pela definição da lei de Ohm para um circuito completo, a intensidade da corrente é:

II. Determine a resistência interna de uma fonte de corrente com CEM de 52 V. Se se sabe que quando esta fonte de corrente é conectada a um circuito com resistência de 10 ohms, o amperímetro mostra um valor de 5 A.

Escrevemos a lei de Ohm para um circuito completo e expressamos a resistência interna dele:

III. Certa vez, um estudante perguntou a um professor de física: “Por que a bateria está acabando?” Como responder corretamente a esta pergunta?

Já sabemos que uma fonte real tem sua própria resistência, que se deve tanto à resistência de soluções eletrolíticas para células galvânicas e baterias, quanto à resistência de condutores para geradores. De acordo com a lei de Ohm para um circuito completo:

portanto, a corrente no circuito pode diminuir devido a uma diminuição na EMF ou devido a um aumento na resistência interna. O valor EMF da bateria é quase constante. Portanto, a corrente no circuito é reduzida aumentando a resistência interna. Assim, a "bateria" fica parada, à medida que sua resistência interna aumenta.

Tópico: "Estudando a lei de Ohm para uma seção de cadeia"

Objetivo: estabelecer experimentalmente a dependência da intensidade da corrente em relação à tensão e resistência.

Equipamento: amperímetro de laboratório, voltímetro de laboratório, fonte de alimentação, um conjunto de três resistores com resistências de 1 ohm, 2 ohm, 4 ohm, reostato, interruptor de fechamento de corrente, fios de conexão.

Processo de trabalho.

Breves informações teóricas

Eletricidade -movimento ordenado de partículas carregadas

A medida quantitativa da corrente elétrica é força atual EU

Força atual -– quantidade física escalar igual à razão da carga q, transferida através da seção transversal do condutor em um intervalo de tempo t, para este intervalo de tempo:

No Sistema Internacional de Unidades SI, a corrente é medida em amperes [MAS].

Instrumento para medir a força da corrente Amperímetro. Incluído na cadeia sucessivamente

Tensão- esta é uma quantidade física que caracteriza a ação de um campo elétrico sobre partículas carregadas, numericamente igual ao trabalho de um campo elétrico em mover uma carga de um ponto com potencialφ 1 ao ponto de potencialφ 2

U 12 \u003d φ 1 - φ 2

você- Tensão

UMA – trabalho atual

q – carga elétrica

Unidade de tensão - Volt [V]

Instrumento de medição de tensão - Voltímetro. Ele é conectado ao circuito em paralelo àquela seção do circuito em que a diferença de potencial é medida.

Nos diagramas de circuitos elétricos, o amperímetro é indicado.

O valor que caracteriza a oposição à corrente elétrica no condutor, que se deve à estrutura interna do condutor e ao movimento caótico de suas partículas, é denominadoa resistência elétrica do condutor.

A resistência elétrica de um condutor dependetamanhos e formas condutoras e de material, do qual o condutor é feito.

S é a área da seção transversal do condutor

eu – comprimento do condutor

ρ – resistência específica do condutor

No SI, a unidade de resistência elétrica dos condutores é ohm[Ohm].

Dependência gráfica força atual EU da voltagem você - características volt-ampere

Lei de Ohm para uma seção homogênea da cadeia: A corrente em um condutor é diretamente proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à resistência do condutor.

Nomeado após seu descobridor George Ohm.

Parte prática

1. Para realizar o trabalho, monte um circuito elétrico a partir de uma fonte de corrente, um amperímetro, um reostato, um resistor de fio de 2 ohms e uma chave. Conecte um voltímetro em paralelo com o resistor do fio (veja o diagrama).

2. Experiência 1.

tabela 1. Resistência de seção 2 ohm

3.

4. Experiência 2.

Mesa 2.

5.

6. Responda às perguntas de segurança.

perguntas do teste

1. O que é corrente elétrica?

2. Defina a intensidade da corrente. Como é designado? Qual é a fórmula?

3. Qual é a unidade de medida de corrente?

4. Qual instrumento mede a força da corrente? Como ele é conectado ao circuito elétrico?

5. Defina a tensão. Como é designado? Qual é a fórmula?

6. Qual é a unidade de medida de tensão?

7. Qual dispositivo mede a tensão? Como ele é conectado ao circuito elétrico?

8. Defina resistência. Como é designado? Qual é a fórmula?

9. Qual é a unidade de medida da resistência?

10. Formule a lei de Ohm para a seção da cadeia.

Opção de medição.

Experiência 1. Estudo da dependência da intensidade da corrente da tensão em uma determinada seção do circuito. Ligue a corrente. Usando um reostato, leve a tensão nos terminais do resistor de fio para 1 V, depois para 2 V e até 3 V. A cada vez, meça a corrente e registre os resultados na Tabela. 1.

tabela 1. Resistência de seção 2 ohm

Trace um gráfico de corrente versus tensão com base nos dados experimentais. Faça uma conclusão.

Experiência 2. Investigação da dependência da intensidade da corrente na resistência de uma seção do circuito a uma tensão constante em suas extremidades. Inclua no circuito da mesma forma um resistor de fio, primeiro com uma resistência de 1 ohm, depois 2 ohms e 4 ohms. Usando um reostato, defina a mesma tensão nas extremidades da seção a cada vez, por exemplo, 2 V. Meça a força da corrente, escreva os resultados na Tabela 2.

Mesa 2.Tensão constante no gráfico 2 V

Com base nos dados experimentais, trace a dependência da força atual na resistência. Faça uma conclusão.

Apresentação: "Trabalho de laboratório: "Estudando a lei de Ohm para uma seção de cadeia" .

(edocs)fizpr/lr7f.pptx,800,600(/edocs)

Trabalho de laboratório №10. "O estudo da lei de Ohm para um circuito completo - 3 maneiras." O objetivo do trabalho: estudar a lei de Ohm para um circuito completo. Tarefas do trabalho:  determinação de EMF e resistência interna de uma fonte DC pela sua característica corrente-tensão;  estudo da dependência gráfica da potência liberada no circuito externo da magnitude da corrente elétrica P  f I  . Equipamento: fonte de corrente contínua, amperímetro, voltímetro, fios de ligação, chave, reostato. Teoria e método de execução do trabalho: lei de Ohm I  Rr para um circuito completo I  Rr . Vamos transformar    I  R  r   I  R  I  r  U  I  r    U  I  r  U    I  r . expressão Consequentemente, a dependência da tensão na saída da fonte CC da magnitude da intensidade da corrente (característica da tensão) tem a forma (ver Fig. 1): fig. 1 Análise da característica corrente-tensão de uma fonte CC: 1) para o ponto C: I=0, então U    0  r   2) para o ponto D: U=0, então 0    I  r    I  r  I  3) tg  U   r I I curto-circuito   I curto-circuito r   I  r   I    I 2  r . Portanto, a dependência gráfica P  f I  é uma parábola, cujos ramos são direcionados para baixo (ver Fig. 2). arroz. 2 Análise da dependência gráfica P  f I  (ver Fig. 3): fig. 3 1) para o ponto B: P=0, então 0  I   I 2  r  0    I  r  I   r  I k.z. , ou seja a abcissa t.B corresponde à corrente de curto-circuito; 2) porque a parábola é simétrica, então a abscissa t.A é metade da corrente de curto-circuito I = 3) porque em t.A I  I k.   , e a ordenada corresponde ao valor da potência máxima; 2 2r  Rr e I  2r , então após as transformações obtemos R=r – a condição sob a qual a potência liberada no circuito externo com fonte de corrente contínua assume o valor máximo; 2     r = 4) valor de potência máxima P = I 2  R =  .  4r 2r 2 Operação: 1. Conecte o voltímetro aos terminais da fonte DC (ver Fig. 4). A tensão mostrada pelo voltímetro é tomada como o valor da EMF da fonte DC e considerada como referência para este trabalho de laboratório. Escreva o resultado na forma: (U±U) V. Tome o erro absoluto igual ao valor da divisão do voltímetro. arroz. 4 2. Monte a montagem experimental conforme esquema mostrado na Figura 5: fig. 5 3. Realize uma série de 5-10 experimentos, com movimento suave do controle deslizante do reostato, insira os resultados da medição na tabela: Tensão atual I U A B 4. Com base nos dados experimentais obtidos, construa a característica corrente-tensão da fonte CC. 5. Determine o valor possível da EMF da fonte CC e a corrente de curto-circuito. 6. Aplicar o método de processamento gráfico de dados experimentais e cálculos para calcular a resistência interna de uma fonte DC. 7. Apresente os resultados dos cálculos na forma:  EMF da fonte DC: (avg±avg) V;  resistência interna da fonte DC: r=(rav±rav) Ohm. 8. Construa uma dependência gráfica U  f I  no Microsoft Excel, usando o assistente de gráfico com a adição de uma linha de tendência e uma indicação da equação da linha reta. Com base nos principais parâmetros da equação, determine o possível valor da EMF de uma fonte de corrente contínua, corrente de curto-circuito e resistência interna. 9. Nos eixos numéricos, indique a faixa de valores​​de EMF, resistência interna de uma fonte de corrente contínua e corrente de curto-circuito, obtida por vários métodos de determinação. 10. Investigue a potência liberada no circuito externo a partir da magnitude da corrente elétrica. Para fazer isso, preencha a tabela e construa uma dependência gráfica P  f I  : Intensidade da corrente Potência I P A W 11. Com base no gráfico, determine o valor de potência máxima, corrente de curto-circuito, resistência interna da fonte de corrente e EMF. 12. É possível construir uma dependência gráfica P  f I  no Microsoft Excel, usando o assistente de diagrama com a adição de uma linha de tendência polinomial com grau 2, a interseção da curva com o eixo OY (P) na origem e indicando a equação no diagrama. Com base nos principais parâmetros da equação, determine o valor de potência máxima, corrente de curto-circuito, resistência interna da fonte de corrente e EMF. 13. Formular uma conclusão geral sobre o trabalho.