Laboratoř #5

Objektivní: experimentálně studovat zákony toku proudu sériově a paralelně zapojenými vodiči a určit vzorce pro výpočet odporu takových úseků.

Stručné teoretické informace

Sériové zapojení odporů je takové zapojení, při kterém je konec prvního odporu spojen se začátkem druhého, konec druhého se začátkem třetího atd.

Celkový odpor sériově zapojených odporů se rovná součtu jejich odporů.
R_celkový=R₁+R₂+R₃
R_celkem=5ohm+10ohm+25ohm=40ohm

Velikost proudu v sériovém obvodu

Protože v tomto obvodu není žádná proudová větev, je zřejmé, že množství elektřiny, které proteče průřezem vodiče za jednotku času. v kterémkoli bodě řetězce bude stejný.
Proto je ve všech bodech sériového obvodu hodnota proudu stejná.
Tyto čtyři ampérmetry budou ukazovat stejné hodnoty proudu. Proto při sériovém zapojení pro měření proudu stačí zapnout jeden ampérmetr na libovolné části obvodu.

Rozložení napětí v sériovém obvodu

Napětí zdroje proudu aplikovaného na vnější část obvodu je rozloženo na části obvodu přímo úměrně k odporu těchto částí. Napětí aplikované na každý z těchto rezistorů je určeno vzorcem:

Protože proud v sériovém obvodu je všude stejný, znamená to, že napětí v jeho sekcích skutečně závisí na odporu, čím větší je odpor, tím větší je napětí aplikované na tuto sekci.

Součet napětí v úsecích sériového obvodu je roven napětí zdroje proudu

Paralelní zapojení odporů je zapojení, při kterém jsou začátky odporů připojeny k jedné svorce zdroje a konce k druhé svorce.

Celkový odpor paralelně zapojených odporů je vždy menší než nejmenší odpor obsažený v daném zapojení.

Z výše uvedeného obrázku můžeme okamžitě říci, že celkový odpor bude menší než 10 ohmů.

První speciální případ

Pokud jsou paralelně zapojeny pouze dva odpory, lze jejich celkový odpor určit podle vzorce:

Druhý speciální případ

Pokud je paralelně zapojen libovolný počet rezistorů stejného odporu, pak lze jejich celkový odpor určit vydělením odporu jednoho rezistoru počtem rezistorů.

Rozdělení proudů a napětí v paralelních větvích

Protože počátky všech odporů jsou přivedeny k jednomu společnému bodu a konce k jinému, je zřejmé, že rozdíl potenciálů na koncích kteréhokoli z paralelně zapojených odporů je roven rozdílu potenciálů mezi společnými body.

Takže při paralelním připojení odporů jsou napětí na nich stejná.

Pokud je odbočení připojeno přímo na svorky zdroje proudu, pak se napětí na každém z odporů rovná napětí na svorkách zdroje.

Druhou vlastností paralelního obvodu je, že elektrický proud je distribuován mezi paralelní větve nepřímo úměrně k jejich odporům.

To znamená, že čím větší odpor, tím menší proud jím proteče.

Uvažujeme-li bod větvení A, všimneme si, že do něj teče proud I a z něj vytékají proudy I1, I2, I3. Vzhledem k tomu, že se pohybující se elektrické náboje v bodě nehromadí, je zřejmé, že celkový náboj proudící do bodu větvení se rovná celkovému náboji proudícímu z něj:

Třetí vlastnost paralelního připojení lze tedy formulovat následovně:

Velikost proudu v nerozvětvené části obvodu je rovna součtu proudů v paralelních větvích.

2.Technické specifikace
2.1. Sestavte elektrický obvod (obrázek 1)

2.2 Odečtěte hodnoty přístroje a zapište je do tabulky
2.3.Proveďte výpočty
2.4.Odpovězte na bezpečnostní otázky
2.5. Udělejte závěr

3. Práce v laboratoři

3.1. Sestavte obvod (obrázek 2).

Obrázek 2. Návrh studie.

3.2. Nastavte na diagramu hodnoty R 1 = 1 kOhm + N, R 2 = 2 kOhm + N, R 3 = 3 kOhm + N a R 4 = 4 kOhm + N,
kde N je číslo studenta podle časopisu (výkon rezistoru je větší než 1 W).
3. 3. Zapněte zdroj a nastavte napětí U=15V, 24V.
3.4. Experimentálně určete pomocí multimetru (v režimu měření odporu) odpor mezi body:

A a C; C a D; B a D; A a D.

Zaznamenejte tyto hodnoty do tabulky 1.
3.5. Vypočítejte teoretické hodnoty odporu mezi uvedenými body obvodu a porovnejte je s naměřenými.
3.6. Pomocí multimetru (v proudovém režimu) změřte proudy protékající každým odporem. Zaznamenejte hodnoty přístroje do tabulky 2.
3.7. Experimentálně zkontrolujte, že v sériovém obvodu je proud všemi odpory stejný a v paralelním obvodu je rozdělen tak, aby součet všech proudů paralelně zapojenými prvky byl roven celkovému proudu celým úsekem.
3.8. Pomocí multimetru (v režimu stejnosměrného napětí) změřte napětí na každém odporu. Zaznamenejte hodnoty přístroje do tabulky 2.
3.9. Experimentálně zkontrolujte, že v sériovém obvodu je napětí v celém úseku rovné součtu napětí na každém prvku a v paralelním obvodu je napětí na každém prvku stejné.
3.10. Zakázat schéma.

Tabulka 1 – Vypočítané parametry