Изучение последовательного соединения сопротивлений

Знакомясь с токоприемниками, обратить внимание на допустимые токи в них. Наименьший из них будет до­пустимым током в цепи. По нему проверить реостат и выбрать ре­жим работы цепи. Сопротивление реостата должно быть таким, чтобы допустимый ток в цепи устанавливался при введении не более четвертой части его. Номинальный ток амперметра должен быть не меньше допустимого тока цепи. В то же время амперметр дол­жен измерять и меньшие токи, при которых его показания соответствуют не менее 40% его но­минального тока. Если ампер­метр не удовлетворяет этому ус­ловию, выбрать другой, с двумя пределами измерений.

Рис. 2. Последовательное соединение сопротивлений

Вольтметр предназначен для измерения напряжения на зажи­мах цепи и на участках, поэтому его номинальное напряжение дол­жно быть не меньше, чем источника. В то же время он должен измерять напряжение на участке с наименьшим сопротивлением, при котором показания прибора соответствуют не менее 40% его номинального напряжения. Если вольтметр не удовлетворяет таким условиям, выбрать прибор с двумя пределами измерения. После проверки схемы руководителем, установив реостат на максимальное сопротивление, подключить цепь к источнику тока.

Уменьшая сопротивление реостата, установить в цепи максимально допустимый ток. Измерить напряжение на всех трех токо­приемниках и на отдельных участках. Результаты измерений записать в таблицу 3.

Таблица 3

Убедиться в равенстве токов на всех участках цепи.

Повторить опыт еще 1—2 раза при меньших значениях тока. Вычислить величины, указанные в таблице, и найти их среднее значение по результатам нескольких опытов.

Эквивалентное сопротивление цепи R определить по показани­ям приборов. Сделать вывод о соотношениях между напряжениями на отдельных участках. Проверить уравнения:

R = R₁ + R₂ + R₃ и U = U₁ + U₂ + U₃.

При наличии расхождений, объяснить, чем они обусловлены. Про­верить второе правило Кирхгофа. При наличии расхождений объ­яснить их причину.

Дополнительный материал к работе.

Последовательное соединение сопротивлений. Если сопротив­ления соединены между собой так, что конец первого соединен с на­чалом второго, конец второго — с началом третьего и т. д., а ток последовательно проходит через отдельные сопротивления, то та­кое соединение называют последовательным (рис. 3).

Цепь с последовательно соединенными сопротивлениями имеет следующие свойства:

1. Сила тока во всех участках последовательной цепи одна и та же. Это объясняется тем, что цепь не имеет ответвлений и в то же время ни в одном из участков не происходит накопления электро­нов.

2. Падения напряжения на отдельных участках цепи пропорцио­нальны сопротивлениям этих участков.

Действительно, согласно закону Ома, U₁=IR₁; U₂=IR₂; U₃ ==IR₃ и т. д. Следовательно:

и аналогично:

3. Напряжение на зажимах последовательной цепи равно сумме напряжений на отдельных ее участках, то есть

U = U₁+U₂+U₃

Это свойство следует из определения понятия о напряжении ме­жду двумя точками электрического поля и между двумя точками электрической цепи, согласно которому напряжение на зажимах последовательной цепи измеряется работой, совершенной при пере­мещении единицы заряда по этой цепи и состоящей из суммы работ на отдельных участках.

4. Эквивалентное сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений отдельных ее участков, то есть R = R₁+R₂ +R₃

На основании закона Ома (см. вывод второго свойства) и ра­венства:

U = U₁+U₂+U₃

имеем:

IR = IR₁ + IR₂ + IR₃.

или, сокращая уравнение на I, получим:

R= R1+R₂+R₃.

Пример . Определить напряжение на концах цепи, изображенной на рисун­ке 3, и напряжения на участках, если R₁=6 ом, R₂=4 ом, R₃=2 ом и падение напряжения на третьем участке U₃₌20 в.

Решение. Согласно закону Ома, ток в третьем участка

I₃=

Рис. 3. Схема последовательной цепи Рис. 4. Схема параллельной цепи