ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРАВИЛ КИРХГОФА

Вариант 1

Цель работы: изучение правил Кирхгофа.

Приборы и принадлежности: лабораторный стенд для изучения правил Кирхгофа.

Методика и техника эксперимента

Для проверки правил Кирхгофа в данной работе используется электрическая цепь, показанная на рисунке:

E₁ и E₂ – ЭДС первого и второго источников тока;

r₁ и r₂ – внутренние сопротивления данных источников тока;

R₁, R₂, R₃ – сопротивления резисторов.

Все элементы цепи смонтированы на внутренней поверхности стенда. На лицевой поверхности стенда находятся гнезда, соединенные с концами резисторов и полюсами источников тока:

Сопротивления резисторов заданы с точностью до 0,1 Ом:

R₁ = (100,3 ± 0,1) Ом, R₂ = (149,7 ± 0,1) Ом, R₃ = (76,3 ± 0,1) Ом. Внутренние сопротивления источников тока не заданы.

Кроме гнезд на лицевой поверхности стенда находятся: вольтметр, ключи К₁, К₂, К₃ и переключатель П. Вольтметр используется для измерения ЭДС источников, напряжения на резисторах и разности потенциалов на полюсах источников тока в рабочем режиме цепи. С этой целью наконечники проводников А и В, идущих от клемм вольтметра, вводятся в соответствующие гнезда стенда. Проводник красного цвета соединен с положительной клеммой вольтметра, проводник синего цвета – с отрицательной клеммой. Измерения производятся по верхней шкале вольтметра. Цена деления шкалы 0,1 В, класс точности вольтметра γ = 2,5 %. Ключи К₁, К₂, К₃ и переключатель П могут находиться в двух положениях. Если ключ К₁ находится в положении 2 – стенд выключен, в положении 1 – стенд включен. Источники тока приведены в рабочее состояние. Если ключи К₂ и К₃ находятся в положении 2 – источники тока выключены, в положении 1 – источники включены. В этом случае на участках цепи текут токи I₁, I₂, I₃.

При изменении положения переключателя П изменяется направление ЭДС второго источника тока (E₂). Присутствие в цепи переключателя П дает возможность изучать две электрические цепи.

Вариант 1: переключатель П находится в положении 1. В этом случае источники тока включены, как показано на рисунке:

Вариант 2: переключатель П находится в положении 2. В этом случае источники тока включены, как показано на рисунке:

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством стенда.

2. Определить цену деления шкалы и абсолютную погрешность вольтметра по формуле: ΔU = ,

где γ = 2,5% – класс точности вольтметра, U_н – нормирующее значение напряжения.

3. Нарисовать схемы.

4. Подготовить таблицу для записи результатов измерений.

Т а б л и ц а 2.2

5. Включите стенд в сеть напряжением 220 В.

6. Ключ К₁ поставить в положение 1, ключи К₂ и К₃ – в положение 2.

7. Измерить ЭДС источников тока E₁ и E₂, вводя наконечники проводников вольтметра соответственно в гнезда 1 – 2 и 3 – 4:

Определите знаки полюсов источников тока следующим образом:

(+) – соединен с проводником красного цвета

(−) – соединен с проводником синего цвета.

На своей схеме укажите знаки полюсов источников и направление ЭДС.

8. Ключи К₂ и К₃ перевести в положение 1. Переключатель П поставить в положение 1 при работе с первым вариантом цепи или в положение 2 при работе со вторым вариантом цепи.

9. Измерить напряжения на резисторах U₁, U₂ и U₃, вводя последовательно наконечники проводников вольтметра в гнезда соответствующих резисторов (R₁, R₂, R₃).

10. Для каждого резистора определить, какое из его гнезд будет иметь более высокий потенциал (более высокому потенциалу соответствует знак «+», более низкому – знак «–»). Знаки гнезд резистора определяются по цвету проводников вольтметра (см. пункт 7).

11. На своей схеме обозначить знаки «+» и «–» около гнезд резисторов и определить направление тока в каждом резисторе (ток в цепи течет от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом). На схеме указать стрелкой направление тока в резисторах.

12. Измерить разность потенциалов между полюсами источников тока:

φ₁ – φ₂ = U₁′ ; φ₃ – φ₄ = U₂′.

Для этого введите наконечники проводников вольтметра в гнезда, связанные с полюсами источников тока (по цвету проводников определить какие потенциалы будут иметь большее и какие меньшее значение).

13. Результаты измерений записать в таблицу.

14. Выключить стенд.

Вариант 2