Методическая разработка лабораторной работы по теме «Исследование цепи постоянного тока с одним переменным резистором»
Автор Мокрова Ирина Иннокентьевна
ГБПОУ Московский технологический колледж
1.Правила техники безопасности при работе в лаборатории электротехники.
Согласовано классификация по электробезопасности помещения лаборатории электротехники относятся к повышено опасным по вероятности поражения людей электрическим током. При выполнении лабораторных работ используется напряжение выше 42 В, поэтому меры безопасности имеют особо важное значение. Электрический ток силой в 50 миллиампер при протекании через тело человека может привести к травме, а в 100 миллиампер – к смертельному исходу.
Пожарная безопасность помещений характеризуется вероятность возникновения пожара. Аварийные пожарные режимы электрических приборов создаются при увеличении тока, увеличения выделяющейся мощности (при нагревании) в контактных соединениях, при снижении эффективности теплоотвода. Особенно часто это происходит при предельных нагрузках на электрооборудовании и измерительных приборах.
Находясь в лаборатории, каждый студент должен выполнять следующие правила:
Быть внимательным и дисциплинированным, точно выполнять указания преподавателя.
К выполнению работ допускаются только студенты, прошедшие инструктаж по правилам ТБ.
Запрещается пользоваться в лаборатории лиц не связанных с выполнением работ.
Запрещается пользоваться в лаборатории открытым огнем.
Каждый работающий в лаборатории должен знать места установки средств пожаротушения и уметь ими пользоваться.
В случае возникновения пожара необходимо немедленно сообщать об этом преподавателю.
В случае получения кем-либо травмы от электрического тока или при других несчастных случаях необходимо немедленно сообщить о происшедшем преподавателю и сказать пострадавшему посильную помощь.
В лаборатории необходимо соблюдать тишину и порядок. Хождение по лаборатории воспрещаться.
Перед выполнением работы необходимо внимательно изучить ее содержание и порядок выполнения.
Не приступать к выполнению работы без разрешения преподавателя.
Студенты выполняют сборку испытательной схемы только
при отключенных источниках питания.
12 Включать источники питания схемы можно только с
разрешения преподавателя/
13 Внесение изменений в собранную схему или сборка другой
схемы, если это предусмотрено описанием лабораторной
работы ,выполняется только после отключения источников
питания. Каждую собранную схему перед включением
источников проверяет преподаватель.
14. После окончания экспериментальной части лабораторной
работы студенты отключают источники питания, а после
проверки преподавателем полученных экспериментальных
результатов разбирают схему . Преподаватель проверяет состояние рабочего места.
2.Самостоятельная подготовка к работе
Предварительная подготовка к лабораторной работе должна обеспечить ее выполнение и сдачу (защиту) в течение одного занятия. Студент, не ответившие на контрольные вопросы, к лабораторной работе не допускаются.
В процессе предварительной подготовки необходимо:
1. Ознакомиться с назначением и правилами эксплуатации оборудования и приборов, используемых в данной лабораторной работе.
2. Повторить правила техники безопасности при работе в лаборатории, уяснив, на какие из них необходимо обратить особое внимание при выполнение данной лабораторной работы.
3. По описанию лабораторной работы ознакомиться с порядком ее выполнения. Изучить электрические схемы используемые в работе и примерно оценить ожидаемые результаты экспериментов.
4. После повторения теоретического материала ответить на контрольные работы преподавателю в устной форме или письменно.
3.Составление отчета
Выполненная лабораторная работа оформляется в виде отчета. Отчет о проделанной работе составляется каждым учащимся самостоятельно. В заголовке отчета указывают номер, точное наименование и цель работы. При составлении отчета нужно кратко описать использованную аппаратуру, приложить вычерченные электрические схемы, таблицы и графики в соответствии с указаниями , помещенным в описании каждой лабораторной работе в разделе «Содержание отчета». На графиках обозначают, к какому опыту и к какой таблице наблюдений они относятся; на осях координат обязательно указывают, какая величина отложена и в каких единицах она измеряется, каков масштаб.
В заключении на основании полученных экспериментальных данных следует сделать краткие выводы, содержащие объяснение полученных результатов с точки зрения теории. Характер и размер этих выводов определяются конкретными содержанием работы.
Лаборатория работа №2
Исследование цепи постоянного тока с одним переменным резистором
Теория
Электрическая цепь представляет собой совокупность источник тока, приемников , замыкающих устройств, соединенные между собой проводами. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону.
Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах.
Режим холостого хода — это режим, при котором тока в цепи нет. Такая ситуация возникает при разрыве цепи.
Номинальный режим – это режим, когда источник питания или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства.
Режим короткого замыкания — это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению положительного и отрицательного зажимов источника питания с нулевым сопротивлением. Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным.
На практике возникает необходимость менять силу тока и напряжение в цепи. Так, изменяя силу тока в динамике радиоприемника, регулируем громкость звука. Изменением силы тока в электродвигателе швейной машины можно регулировать скорость его вращения. При изменении напряжения происходит регулировка звука в звуковых усилителях мощности и др.
Для этих целей применяют специальные приборы – реостаты, резисторы с переменным сопротивлением. На электрической схеме реостат имеет своё условное обозначение:
[pic] С помощью перемещаемого движка ( 2 ) можно увеличивать или уменьшать величину сопротивления ( между контактами 1 и 2 ), включаемого в электрическую цепь.
Одним из основных элементов, определяющих общее конструктивное выполнение реостата, является материал, из которого изготовлены его резисторы. В зависимости от этого различают реостаты металлические, жидкостные, угольные и керамические. В резисторах электрическая энергия превращается в теплоту, которая должна от них отводиться. Различают реостаты с воздушным и жидкостным (масляным или водяным) охлаждением. Воздушное охлаждение может применяться для всех конструкций реостатов. Масляное и водяное охлаждение используется для металлических реостатов, резисторы могут либо погружаться в жидкость, либо обтекаться ею.
Виды реостатов:
Реохорд Первый реохорд был построен немецким физиком Иоганном Поггендорфом в 1841 году. Это была прямая калиброванная проволока длиной около метра, по которой скользил контакт, образующий два плеча.
Простейший реостат, выполненный из проволоки с большим удельным сопротивлением, например никелиновой или нихромовой. Реохорд представляет собой однородный проводник в виде металлической проволоки или струны с подвижным контактом и градуированной шкалой. Перемещая контакт по струне, возможно достичь изменения величины тока или напряжения в цепи
[pic]
2.
Металлические реостаты . Реостат был изобретен в 1841 году русским ученым Б.С.Якоби. .
А)Металлические реостаты со ступенчатым изменением сопротивления
Реостат состоит из ряда последовательно соединенных проволочных спиралей с одинаковым сопротивлением, изготовляемых из сплавов с высоким удельным сопротивлением. Места соединения спиралей подведены к металлическим контактам 0,1,2, ..., по которым перемещается конец подвижного металлического рычага. Переставляя рычаг на разные контакты, можно вводить в цепь последовательно большее или меньшее число спиралей и этим изменять сопротивление цепи.
[pic]
Б) Ползунковый реостат-реостаты с непрерывным изменением сопротивления.
Состоит из проволоки из материала с высоким удельным сопротивлением, виток к витку натянутой на стержень из изолирующего материала. Проволока покрыта слоем окалины.. При перемещении ползунка с присоединённым к нему контактом слой окалины снимается , и электрический ток протекает из проволоки на ползунок. Чем больше витков от одного контакта до другого, тем больше сопротивление.
[pic]
3,
Жидкостный реостат.
Реостат с жидкостным проводящим элементом, представляет из себя сосуд, заполненный электролитом, в который опущены электроды. Изменяя расстояние между электродами, а также глубину из погружения в электролит, происходит регулирование тока или напряжения .
[pic]
4.
Ламповый реостат
Представляет набор нескольких параллельно включаемых электрических ламп. Общее сопротивление нескольких одинаковых, параллельно включенных ламп равно сопротивлению одной лампы, деленному на число включенных ламп. Ламповый реостат, показанный на рисунке, включен в цепь аккумулятора для его заряда и служит для регулировки зарядного тока
[pic]
5.
Штепсельные реостаты
Представляют набор определенных точно выверенных сопротивлений. Концы катушек сопротивлений 1 присоединяются к разрезанной медной планке 2. Когда в вырезы планки 2 вставляется медный штепсель 3, то он соединяет собой две соседние части планки, таким образом сопротивление, подключенное своими концами к соседним частям планки, выключается из цепи.
[pic]
6.
Угольный реостат
Состоит из столбиков, набранных из угольных шайб небольшой толщины, расположенных в масляной ванне. Сопротивление проводящего реостата, меняется, в зависимости от величины приложенного к столбикам внешнего давления. В ненагруженном состоянии столб угольных шайб сжат слабо, в цепи рабочего тока действует сопротивление, величина которого значительно снижает силу тока ,по мере увеличения силы сжатия угольных шайб сопротивление столба уменьшается, сила тока увеличивается .
[pic]
Принцип действия любого реостат основан на зависимости сопротивление от геометрических размеров: R = ρl/S. ,где l – длина проводника, S- площадь поперечного сечения проводника.
При изменении положения движка металлического реостата (смещении вправо/влево) можно менять длину той части проволоки, по которой проходит электрический ток (меняя длину l, меняем сопротивление R, а значит и силу тока I).В этом случае переменный резистор, изменяющий значение силы тока в цепи называется реостатом .Для включения в цепь используются 2 вывода.
Обозначение реостата на схеме: [pic]
Переменный резистор, который управляет напряжением называется потенциометром. Как известно напряжение на участке цепи определяется из закона Ома по формуле : U =IR. При изменении сопротивления будет изменятся напряжение U на этом участке цепи. Для включения в цепь используются 3 вывода. Обозначение потенциометра на схеме : [pic]
Содержание отчета:
1.Цель работы : Получить общие представления о реостатах, научиться собирать электрические схемы для изменения напряжения и силы тока в цепи. .
2. Перечень необходимого оборудования:
Э л е м е н т ы схем: R1, R2 — реостаты с сопротивлениям от 10 до 50 Ом ,светодиод.
Э л е кт р о и з м е р и т ел ь н ы е п р и б оры: амперметр постоянного тока с пределом измерения 2А; вольтметр постоянного тока с пределом измерения 4 В.
Ист оч н и к и п и т а н и я: источник постоянного нерегулируемого напряжения 4 В
3.Контрольные вопросы :
1. Что называется реостатом?
2. Каково условное обозначение реостата на схеме?
3. Что называется потенциометром?
4. Каково его условное обозначение на схеме?
5. Какие материалы используются для изготовления металлических реостатов?
6. Почему при работе реостатов используется система охлаждения ?
7. По какой формуле рассчитывается сопротивление реостата?
8. Какие реостаты позволяют плавно менять сопротивление?
9. Какие реостаты работают при изменении площади поперечного сечения?
10.Какие реостаты работают при изменении длины проводника?
4. Порядок выполнения работы
1 [pic] .Соберите электрическую цепь по схеме (рис I).
[pic] [pic]
Рис 1. [pic]
2.Включите блок питания 0-6 В
3.Измерьте силу тока и напряжение на реостате при четырёх произвольных положений движка реостата. Результаты измерений запишите в таблицу 1.
4. Рассчитайте сопротивление реостата и мощность, выделяющегося на нем Результаты измерений запишите в таблицу 1.
Изменение силы тока с помощью реостата
-
5. Постройте график зависимости силы тока от сопротивления реостата. Объясните полученные результаты .
6. Постройте график зависимости силы тока от напряжения на реостате. Объясните полученные зависимости.
7. Соберите электрическую цепь по схеме (рис.2)
[pic]
8.Измерьте силу тока и напряжение на реостате при четырёх произвольных положений его движка. Результаты измерений запишите в таблицу 2.
9. Рассчитайте сопротивление реостата и мощность, выделяющегося на нем Результаты измерений запишите в таблицу 2.
Изменение напряжения с помощью потенциометра
-
10. Постройте график зависимости силы тока от напряжения на реостате. Объясните полученные результаты.
11. Постройте график зависимости напряжения от сопротивления и объясните полученные результаты.
12. Сделайте краткие выводы.
