Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

RFpro.ru: Радиоэлектроника

  Все выпуски  

RFpro.ru: Радиоэлектроника


РАССЫЛКИ ПОРТАЛА RFPRO.RU

Лучшие эксперты в разделе

Алексеев Владимир Николаевич
Статус: Мастер-Эксперт
Рейтинг: 832
∙ повысить рейтинг »
Konstantin Shvetski
Статус: Мастер-Эксперт
Рейтинг: 749
∙ повысить рейтинг »
Gluck
Статус: 3-й класс
Рейтинг: 190
∙ повысить рейтинг »

∙ Электротехника и радиоэлектроника

Номер выпуска:1043
Дата выхода:15.10.2020, 19:45
Администратор рассылки:Алексеев Владимир Николаевич (Мастер-Эксперт)
Подписчиков / экспертов:43 / 32
Вопросов / ответов:1 / 1

Консультация # 199297: Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу вас решить задачу: Электрическая цепь, схема которой представлена на рисунке, состоит из трёх одинаковых идеальных источников с напряжением U и четырёх одинаковых вольтметров. Чему равно отношение U1:U3 показаний первого и третьего вольтметров? Ответ округлите до десятых. Определите также от...

Консультация # 199297:

Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу вас решить задачу:
Электрическая цепь, схема которой представлена на рисунке, состоит из трёх одинаковых идеальных источников с напряжением U и четырёх одинаковых вольтметров.

Чему равно отношение U1:U3 показаний первого и третьего вольтметров? Ответ округлите до десятых.

Определите также отношение U2:U4 показаний второго и четвёртого вольтметров. Ответ округлите до десятых.


Дата отправки: 10.10.2020, 19:24
Вопрос задал: alexandr (Посетитель)
Всего ответов: 1
Страница онлайн-консультации »


Консультирует Алексеев Владимир Николаевич (Мастер-Эксперт):

Здравствуйте, alexandr!
Условие : ЭДС каждого источника равно U .
Вычислить отношения U1/U3 и U2/U4 показаний вольтметров.

Решение : Задача кажется трудной изза отсутствия на схеме в явном виде резисторов, распределяющих токи между ветвями электро-цепи. Источники идеальны, значит их внутренние сопротивления равны нулю, в их "Схемах замещения" нет резисторов.
Вольтметры НЕ идеальны, но одинаковы. Значит, их так называемые "Схемы замещения" состоят из резисторов с одинаковым значением R и гальванометров - измерительных головок с нулевым сопротивлением. Я выделил эти 4 Схемы замещения зелёными прямоугольничками.

Головки (кружочки с позициями V1 , V2, … V4) игнорируем в процессе решения, вычисляем токи ч-з резисторы вольтметров. Потому что токи пропорциональны показаниям.
Я добавил позиционные обозначения и стрелочки/направления токов/напряжений в Вашу эл-схему для облегчения моих пояснений и Вашего понимания. Рис унок прилагаю ниже.

На схеме видно, что Вольтметры V3 и V4 соединены параллельно. Значит, их показания равны напряжению U3 .
Источники E2 и E3 соединены последовательно. Их общее напряжение равно E2 + E3 = 2·U

Для 3х узлов схемы составим 3 - 1 = 2 уравнения по первому закону Кирхгофа (сумма втекающих в узел токов равне сумме вытекающих):
I5 = I1 + I2
I1 + I2 = I3 + I4

Всего для 8 неизвестных (5 токов и 3 напряжения) надо составить систему из 8 уравнений.
Решать эту систему Вы можете в ОнЛайн решателе или методами, описанными в учебной статье "Как решить систему линейных уравнений?" Ссылка .

Для облегчения решения можно применить разные приёмы, например: задать удобные числовые значения для уменьшения к оличества переменных в системе. Это позволительно в текущей задаче, поскольку в Условии запрошено вычислить не абсолютное значение, а безразмерные отношения величин. Зададим U = 100 , R = 10 .
Вы можете ещё упростить систему, заменив 2 параллельно-соединённых вольтметра V3 и V4 одним с половинным сопротивлением. Тогда одним уравнением станет меньше.
Можете заменить переменные U1 , U2 , U3 на их произведения I1·R , I2·R , I3·R - ещё 3 уравнения долой!

Я решаю уравнения в приложении Маткад (ссылка) . Маткад работает быстро и избавляет меня от частых ошибок. Маткад-скриншот прилагаю. Я добавил в него подробные комментарии зелёным цветом.

Ответ : отношение показаний первого и третьего вольтметров U1:U3 = 1,4
Отношение показаний второго и четвёртого вольтметров U2:U4 = 0,6 .
Проверка методом Баланса мощностей сделана успешно.

Если Вам и такое решение кажется сложным, то Вы можете вообще не решать систему уравнений, а использовать свойство линейности своей схемы. Схема не содержит ни одного НЕлинейного элемента (типа лампочки, как в Вашей предыдущей Консультации rfpro.ru/question/199269 ). Значит, можно разделить Решение задачи на 2 простых этапа: сначала решить тривиальную задачу с E1 = 0 (заменить Источник E1 перемычкой). Затем на 2м этапе обнулить E2 + E3 . А в конце сложить соответствующие напряжения/токи от разных источников.

На первом этапе напряжение источника E2E3 делится пополам м-ду 2мя группами вольтметров V1||V2 и V3||V4 . Значит, все 4 одинаковых вольтметра показывают одно и то же напряжение U = 100 В .

На 2м этапе 3 Вольтметра V3 || V4 || V2 соединены параллельно, их общее сопротивление R24 = R / 3 = 10/3 Ом.
Общее сопротивление в цепи источника E1 равно
Ro = R1 + R24 = R + R/3 = 10 + 10/3 = 40/3 Ом .
Ток ч-з вольтметр V1 равен I11 = U / Ro = 100 / (40/3) = 7,5 А
Показание вольтметра V11 = I11·R1 = 7,5·10 = 75 В .
Показания прочих вольтметров втрое меньше V41 = V11/3 = 25 В , поскольку ч-з них протекают втрое мЕньшие токи.

Осталось получить суммарные значения показаний от обеих групп источников:
U1 = U + U11 = 100 + 75 = 175 В,
U3 = U4 = U + U41 = 100 + 25 = 125 В,
U2 = U - U41 = 100 - 25 = 75 В (тут вычитание обусловлено противоположными направлениями токов).
U1:U3 = 175 / 125 = 1,4 ; U2:U4 = U2:U3 = 75 / 125 = 0,6 .
Как видите, Ответы обоих вариантов решений совпали. Значит, ошибки нет.
Вы не устали читать? smile

Консультировал: Алексеев Владимир Николаевич (Мастер-Эксперт)
Дата отправки: 11.10.2020, 12:26

5
нет комментария
-----
Дата оценки: 11.10.2020, 15:52

Рейтинг ответа:

НЕ одобряю +1 одобряю!


Оценить выпуск | Задать вопрос экспертам

главная страница  |  стать участником  |  получить консультацию
техническая поддержка

Дорогой читатель!
Команда портала RFPRO.RU благодарит Вас за то, что Вы пользуетесь нашими услугами. Вы только что прочли очередной выпуск рассылки. Мы старались. Пожалуйста, оцените его. Если совет помог Вам, если Вам понравился ответ, Вы можете поблагодарить автора - для этого в каждом ответе есть специальные ссылки. Вы можете оставить отзыв о работе портале. Нам очень важно знать Ваше мнение. Вы можете поближе познакомиться с жизнью портала, посетив наш форум, почитав журнал, который издают наши эксперты. Если у Вас есть желание помочь людям, поделиться своими знаниями, Вы можете зарегистрироваться экспертом. Заходите - у нас интересно!
МЫ РАБОТАЕМ ДЛЯ ВАС!


В избранное