电工实验的扩展研究

杨旭

摘要：电工实验研究的目的就是使学生了解一些常用的电气设备和元器件，并且使学生理解一定的电工线路，使同学学会使用一些常用的电工仪器仪表，并且掌握测量电路的基本方法和一般的安全用电知识，要求学生通过实际动手操作，培养学生们独立思考、独立分析问题和独立实验的能力。

关键词：电磁感应定律；基尔霍夫定律；叠加原理；戴维南定理；等效变换

电工实验具有培养具有电工技术知识和实验科学技术的人才的作用，其目的是使学生在掌握理论知识和能综合运用知识的基础上设计出具有创意的较高水平层次的设计类实验，培养学生的创新思维能力，使学生的理论知识和实际动手能力结合对提高学生的动手能力很有帮助，使得学生明白所学知识的价值，明确学习的目的性，有利于使学生学习动机激发出来。

在基尔霍夫定律实验研究中

基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI=0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU=0。对于以两个独立电压源作为电源的电路，在校期间已经经过了同学们的验证，若我们利用其他的电源组合是否能得到相同的结论呢？

例如，取两个电压为12V的电压源、一个为10mA的电流源一个为12V的电压源、将两个10mA的电流源分别作为独立源接入电路，观察实验结果，得出结论：对于由两种任意独立源组合的基尔霍夫电路，其节点同样满足KCL，任一回路满足KVL。

以上的实验研究是在线性电路上进行的，通过不同组件的扩展研究可以得出基尔霍夫定律在任何线性电路都适用，那么我们可以提出疑问，在非线性电路中呢还是否成立呢？

接下来我们自主组建模块，我们可以在基尔霍夫电路模块里串接不同的电感、二极管等非线性原件，在电压源电压U1=12V与电流源电流I2=10mA分别工作的情况下进行问题的研究证明。

经过了实验研究，记录实验数据如表1所示：

由表1不难看出，I1+I2≈I3； uFA+uAD+uDE≈12V。实验数据仍满足基尔霍夫定律，既验证了基尔霍夫定律仍然满足于非线性电路中。

在叠加原理实验的研究中

叠加原理指出：在含有多个独立源（电压电流）共同下的线性电路中，通过每个元器件的电流或者其两端的电压，都可以看成是由每个独立源单独工作时在该元器件上所产生的电流和电压的代数和。当电路中存在有电流源工作时，部分支路的电流或电压不满足叠加原理，即两源单独工作时该支路的电压或者电流之和不等于两源共同作用时的值，这是因为，例如AB端UAB，在U1单独作用时由于电流源I2端断路，AB端没有电流通过，所以UAB=0；这一结果与其叠加原理的定义（通过每个元器件的电流或者其两端电压，可以看作是由每个独立电源单独工作时在该元器件上所产生的电流值或电压值的代数和。）相违背，所以结果显示的数據与预期的不符也是理所应当。

我们可以还可利用戴维南电路来研究叠加性。让电压源与电流源共同作用时，分别测出在100Ω、1000Ω、10KΩ的负载下，流过负载的电流值；一样的，我们在电流源与电压源分别单独工作时，我们测出不同负载值下的电流值。实验测量数据如表2所示：

如表2所示，在负载电压为100Ω、1000Ω、10KΩ时，U单独作用和I单独作用时的电流之和为U、I共同工作时的电流，则验证了叠加定理也在戴维南电路效性作用。

以上的实验研究是在线性电路上进行的，说明了叠加原理在任何线性电路都适用，那么我们可以提出疑问，在非线性电路中呢还是否成立呢？

接下来我们自主组建模块，我们可以在基尔霍夫电路模块里串接不同的电感、二极管等非线性原件，在两个电压为12V的电压源U1和U2的不同工作情况下进行问题的研究证明。经过实验研究可以得出结论：在U1U2共同作用时，电流值和电压值为在U1单独作用和在U2单独工作时相应的值之和，即我们可以基本明确叠加原理同样在非线性电路中有效。endprint