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

39 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

75906. Диссидентское движение в СССР: основные направления, лидеры и результаты деятельности 19.6 KB
  Диссиденты (лат. dissidents - несогласный) - термин, который с середины 70-х годов применялся к лицам, открыто спорившим с официальными доктринами в тех или иных областях общественной жизни СССР и пришедшим к явному столкновению с аппаратом власти. Первые годы брежневского правления
75907. Сравнительный анализ политических программ двух-трех современных российских политических партий (целевая аудитория (электорат) партии, образ желаемого будущего России (политическая, социально-экономическая модели, место России в международных процессах) 16.93 KB
  Все три партии видят будущее России поразному. Окончательное формирование социалистических общественных отношений В качестве альтернативы этим шагам предусмотрена программаминимум которая предполагает национализацию природных богатств России установление власти трудящихся и т. В программе ЕР нет ясного положения относительно будущего России какой она должна быть отсутствует там и идеология партии.
75908. Аграрная политика в дореволюционной России и в СССР: крепостное право и коллективизация без выдачи паспортов, община и колхоз 16.6 KB
  Крепостное право и кресьянская община. В России крестьянская община зародилась вместе с Древнерусским государством и видоизменяясь просуществовала вплоть до конца 1920х. В период Киевской Руси крестьянская община стала основной производящей единицей.
75909. В чем причины кризиса советской экономики в 1980-е гг.? Системный кризис, падение цен на нефть, нерентабельность производства, экстенсивный характер развития? Причины субъективные и объективные 15.55 KB
  Системный кризис падение цен на нефть нерентабельность производства экстенсивный характер развития Причины субъективные и объективные. Проблемы экономического развития были вызваны рядом причин: Системный кризис. В условиях догоняющего развития без демократических свобод при отсутствии гражданского общества в СССР произошла подмена цели средствами главной жертвой которой стала свобода как необходимое хотя и не единственное условие развития человека его инициативы и предприимчивости. Советская модель хозяйствования лишенная...
75910. Как характеризуют существовавшие в конце 80-х - начале 90-х программы реформ Г.Явлинский и А.Чубайс? Каковы отличия в подходах и восприятии 18.19 KB
  Российская приватизация по масштабам и объему стоящих перед ней задач принципиально отличалась от приватизации осуществленной в 1980е годы в странах Запада.Чубайс прохладно относился к приватизации однако понимал важность ее осущетсвления в рамках проведения рыночных реформ. списка литры: мы вели очень жесткую теоретическую дискуссию с Виталием Найшулем как автором концепции ваучерной приватизации приводили ему длинный список катастрофических тяжелейших последствий которые она неизбежно повлечет за собой. мне лично тема приватизации...
75911. Особенности шоковой терапии и приватизации в России 18.04 KB
  Особенности процесса приватизации происходившего в России: массовый характер приватизации вызванный высокой долей государственной собственности в стране а также стремлением ускорить процесс преобразования экономической структуры общества; значительный удельный вес неэквивалентных форм безвозмездная передача оплата не в полной мере и др. вызванный отсутствием денежных средств в частных руках; проведение особого ваучерного этапа приватизации. Целью приватизации провозглашалось создание эффективного собственника однако бесплатная...
75912. Российские экономические реформы 1990-х гг. в оценках западных исследователей: направления критики 19.84 KB
  В оценках западных исследователей: направления критики Негативная оценка результатов российских реформ общее в выступлениях экономистов Оправдывать или объяснять логику развития событий в России становится неприличным и социально опасным Российские реформы далеки от того чтобы считать их феноменально успешными Главные аргументы критиков Игнорирование китайского опыта...
75913. Понятие «модернизация». Что подразумевают под «европейской модернизацией» России? Какие исторические формы этот процесс приобретал? Можно ли считать сталинскую индустриализацию модернизацией 16.6 KB
  Что подразумевают под европейской модернизацией России Какие исторические формы этот процесс приобретал Можно ли считать сталинскую индустриализацию модернизацией Модернизация современный термин используемый для характеристики давно уже идущего в мире процесса процесса социальных изменений посредством которых менее развитые общества приобретают характеристики отличающие большинство развитых обществ. Несмотря на то что исторически многие страны в своем развитии шли бок о бок термин модернизация долгое время не использовался....
75914. Помешало ли строительство империи в России (XVIII-XIX вв.) созданию российской (русской) нации? Точки зрения Хоскинга и Миллера. Понятие нации и русского национализма в России до 1917 года 20 KB
  Усилия уходившие на сбор налогов и создание армии для нужд империи требовали подчинения практически всего населения особенно русских интересам государства и таким образом затрудняли создание общественных ассоциаций представляющих основу для национального самосознания в гражданском смысле. В России условия для национального самосознания были созданы в XVI веке изобретением традиции это дало толчок и послужило оправданием первых шагов по строительству империи но в середине XVII века само имперское государство внезапно отказалось от...