11299

Работа источника тока в замкнутой цепи

Лабораторная работа

Физика

Работа источника тока в замкнутой цепи Указания содержат краткое описание работы источника тока в замкнутой цепи и методику определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальнос

Русский

2013-04-05

226 KB

32 чел.

Работа источника тока в замкнутой цепи

Указания содержат краткое описание работы источника тока в замкнутой цепи и методику определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения, в программу учебного курса которых входит выполнение лабораторных работ по физике (раздел <<Электричество и магнетизм>).

Печатается по решению методической комиссии факультета

<<Нанотехнологии и композиционные материалы>>

Рецензент доцент каф. физики, к.ф.- м. н. Г.Ф.ЛЕМЕШКО

©Издательский центр ДГТУ, 2011

Работа источника тока в замкнутой цепи

Цель работы:  1) определить внутреннее сопротивление                источника тока и его ;

2) исследовать изменения полезной мощности и  источника тока в зависимости от его нагрузки.

Оборудование:  источник тока (выпрямитель напряжением 6 В), амперметр, вольтметр, реостат, соединительные провода.

Теоретическая часть

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 1.

Источник тока характеризуется электродвижущей силой ( или ) и внутренним сопротивлением .

Физическая  величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении

единичного положительного

заряда по цепи, называется

электродвижущей силой (), действующей в цепи:

.    (1)

При подключении к источнику тока внешнего сопротивления  ток  в цепи определяется законом Ома для полной цепи:

.    (2)

Каждому значению внешнего сопротивления будет соответствовать определенное значение силы тока. Например,  внешним сопротивлениям реостата ибудут соответствовать силы токов и .

Используя закон Ома для полной цепи (2), запишем:

и   (3)

Приравнивая правые части равенств (3), получим:

,

откуда

.   (4)

Используя закон Ома для участка цепи:

,   (5)

перепишем равенство (4)  в виде:

,

откуда, внутреннее сопротивление  

 

.

 

 можно рассчитать по формуле:

 

или

 ,    (7)

где   и  - номера измерений силы тока и напряжения.

Полная мощность, развиваемая источником тока, равна

.   (8)

Мощность, расходуемая во внешней части цепи, т. е. полезная мощность, определяется формулой:

 .   (9)

Подставляя в выражение (9) формулу (2), получим:

.   (10)

Здесь величины  и  - постоянные. Поэтому полезная мощность  является функцией только внешнего сопротивления  и при определенных условиях принимает максимальное значение. Чтобы определить эти условия, необходимо исследовать функцию (10)  на экстремум:

.   

Таким образом, полезная мощность источника тока становится наибольшей, когда внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника тока.

Мощность, выделяемая внутри источника тока – это мощность потерь . При этом энергия электрического тока переходит во внутреннюю энергию источника (происходит нагрев). Мощность потерь  определяется  по формуле

.   (11)

Коэффициентом  полезного действия ( или ) источника тока называется отношение полезной мощности  к его полной мощности :

      ,   (12)

или

.  (13)

Полезная мощность достигает максимального значения при .  В этом случае из формулы (13) следует, что  равен 0,5 или 50%.

Представим выражение (12) в виде:

.

Заметим, что  при  силе тока    оказывается равным. Затем при увеличении силы тока  уменьшается, обращаясь в  ноль при , т. е. при коротком замыкании источника тока.

Порядок выполнения работы

  1.  Собрать цепь по схеме, изображенной на рис.1.
  2.  Определить цену деления амперметра  и вольтметра ; записать в таблицу (таблицу изобразить для десяти строк).
  3.  Установить по заданию преподавателя первое значение силы тока, заметить при этом соответствующее значение напряжения.
  4.  Записать показания амперметра  и вольтметра  в делениях в таблицу.
  5.  Затем, увеличивая последовательно силу тока (шаг изменения силы тока задает преподаватель), довести ее до максимального значения, снимая 8-10  значений I и U.
  6.  Вычислить значения силы тока и напряжения соответственно по формулам:

,     

  1.  Используя пять разных пар значений  и (напр.: 1-5; 2-6; 3-7; 4-8; 5-10), по формулам (6) и (7) вычислить пять значений   и .

Пример. Пусть  Тогда

.

  1.  Результаты вычислений записать в таблицу.
  2.  Вычислить средние значения  и .
  3.  Используя полученные значения  и , вычислить для каждого значения силы тока:
  •   внешнее сопротивление, используя формулу (5);
  •   полную мощность по формуле (8);
  •   полезную мощность по формуле (9);
  •   мощность потерь по формуле (11);
  •    по формуле (12).
  1.  Внести их значения в соответствующие столбцы таблицы.
  2.  Построить в одной системе координат графики зависимостей:.
  3.  Построить графики зависимостей.

Таблица

cA

nA

I

cV

nV

U

R

ε

r

P

Pп

P1

η

А/дел

A

В/дел

B

Ом

B

Ом

Bт

Bт

Bт

1

10

ср

Контрольные вопросы

  1.  Что называется электрическим током?
  2.  Что называется силой тока?
  3.  Запишите закон Ома для однородного участка цепи; для неоднородного участка цепи.
  4.  Что  называется  источника тока?
  5.  Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
  6.  Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?
  7.  Как определяется сила тока короткого замыкания?
  8.  Сформулируйте правила Кирхгофа.
  9.  Чему равна полная мощность, развиваемая источником тока?
  10.  Что  называется полезной мощностью?
  11.  Как определяется мощность потерь?
  12.  Как определяется  источника тока?
  13.  Как зависит полезная мощность источника тока от величины внешнего сопротивления?
  14.  Чему равен   источника тока при максимальной полезной мощности?
  15.  При каких условиях  источника тока достигает максимального значения?

Рекомендуемая литература

  1.  Трофимова Т. И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 2004.
  2.  Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике.-М.:Наука, 2006.
  3.  Кунаков В. С., Мардасова И. В. и др. Электростатика. Постоянный электрический ток: учеб. пособие- Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2010.

Техника безопасности

  1.  К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством и принципом действия.
  2.  Электрическую схему включать в сеть только после проверки преподавателем правильности ее сборки.

Составители: Е. С. Богославская, В. С. Ковалева, И. Г. Попова,

Н. Н. Фролова

РАБОТА ИСТОЧНИКА ТОКА В ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ

Методические указания к лабораторной работе №6 по физике

(Раздел <<Электричество и магнетизм>>)

Редактор А. А. Литвинова

     В печать

      Объем   Офсет. Формат

      Бумага тип №   Заказ №        Тираж     Цена

_______________________________________________________________

     Издательский центр ДГТУ

     Адрес университета и полиграфического предприятия:

     344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84648. Энергия, работа. Закон всемирного тяготения 964 KB
  а предыдущей лекции было показано, что количество движения принимается в качестве меры механического движения. Применение такой меры допустимо, если передача механического движения от одного тела к другому, происходит без превращения в другие формы движения материи.
84649. Механика вращательного движения твёрдого тела. Виды движения твёрдого тела 953.5 KB
  Виды движения твёрдого тела. Движения твёрдого тела Поступательное движение тела при котором тело перемещается параллельно самому себе. Вращательное движение тела при котором все точки его движутся по окружностям и их центры расположены на одной прямой оси вращения.
84650. Сплошные тела. Абсолютно упругое тело. Виды деформаций 1010 KB
  Известно что все тела состоят из молекул и атомов между которыми существуют силы взаимодействия поэтому и формируемое тело можно рассматривать как систему материальных точек расстояния между которыми изменяются при их деформации.
84651. Элементы механики сплошных сред. Свойства и строение жидкостей 1.34 MB
  Жидкости –- тела которые имеют определенный объем но не имеют упругости формы. Жидкости – это вещества которые обладают свойствами как газов так и твердых тел. Текучесть жидкости. Объясняется на основе представления о характере теплового движения молекул как и в газах только перемещение молекул...
84652. Границы применимости классической механики. Общие вопросы теории относительности 306.5 KB
  Обнаружение движения тел относительно эфира привело бы к появлению абсолютной системы отсчета по отношению к которой можно было бы рассматривать движение других систем. А раз так то обнаружение эфира сделало бы возможным выделение этой абсолютной системы.
84653. Три кита в музыке: «Песенность – танцевальность – маршевость» 378 KB
  Развивать музыкальные способности и знания учащихся Ход урока Звучит Вальс цветов П. Ветер чуть слышно поет Липа вздыхает у сада Чуткая музыка всюду живет В шелесте трав В шуме дубрав Только прислушаться надо: Звонко струится ручей Падает гром с небосвода Это мелодией вечно своей Мир наполняет...
84654. Places of interest in London 1.37 MB
  Good morning, pupils! Glad to see you. How are you today? I hope that you are fine and you’ll be active at the lesson. A lot of people like to travel. So, today we are going to travel to Great Britain and around London. I invite you and our guests to London. But let’s remind the ways of travelling.
84655. Вихід зі строю та підхід до начальника 34 KB
  Начально-виховна мета: навчити учнів виходити зі строю повертатися у стрій; навчити підходити до начальника та відходити від нього. Навчальні питання: Підхід до начальника. Відхід від начальника. Вивчення виходу зі строю підходу до начальника та повернення у стрій проводиться в такий послідовності...
84656. Воздух и жизнь. Значение и свойства воздуха 18.95 KB
  Цель: осознание второклассниками значения воздуха для всего живого на Земле усвоение опыта элементарной исследовательской деятельности. Задачи: Сформировать у младших школьников элементарные представления о воздухе как компоненте неживой природы о свойствах воздуха и их значении в жизни природы и человека...