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

33 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

14971. Балқаш көлі 52.5 KB
  Балқаш көлі Балқаш өңірі әрі жылы әрі күн сәулесі көп түсетін табиғаты жағынан Қазақстандағы тартымды жерлердің бірі. Шөлді болып келетін қуаң дала Балқаш көлінен нәр алады. Бұл аймақ өзінің әсем көрінісімен ерекше өсімдіктер және жануарлар дүниесімен белгілі....
14972. Әулиеата қаласының тұрғызылуы 66.5 KB
  Әулиеата қаласын тұрғызған Абылай хан еді Ш. Уәлиханов пен өзбек тарихшысы Махмудқа сенсек шындық осындай Бақтияр Әбілдаұлы Тасыған дария тартылып арнасына түскені сияқты 1774 жылы қырғыз басқыншылары да тәубасына келген еді. Ресейге қарасты Еділ қалмақтары Жоң...
14973. Жамбыл облысындағы тарихи тұлғаларға орнатылған ескерткіштер 583.5 KB
  Тәуелсіздікті жақындатқан тұлғалар Азаттықтың ақ таңы атқалы он бес жылда облысымызда орнатылған ескерткіштер елдік еңсемізді биіктетіп тұр Лесбек Сайлаубеков Тәуелсіз ел атануымыздың арқасында өшкеніміз жанып өлгеніміз тіріліп жлоғымыз түгенделуде. Ш
14974. Қадырғали Жалайыридың зираты 44 KB
  Қадырғали Жалайыри зираты Ресейдің Рязань облысындағы Қасымов қаласында жатыр Қазақ халқы мемлекеттік тәуелсіздігінің арқасында өзінің тарихи рухани және мәдени құндылықтарына ие бола бастады. Елдің бұрынғы атақты батырларына ұлы қайраткерлеріне және ғал...
14975. Қазақстан Республикасы, туризм, туристік нысандар 43 KB
  Қазақстан Республикасы туризм туристік нысандар Туризм. Ұлы Жiбек жолы бойында орналасқандықтан Қазақстан аумағындағы қалалар мен табиғаты ғажайып қорықты жерлер ежелден саяхат және туризм нысандары болып табылған. Қазақстандағы алғашқы туристiк ұйымдар 20 ғд...
14976. Қазақстанның географиялық зерттелу тарихы 223.5 KB
  Қазақстанның географиялық зерттелу тарихы Қазақстан Республикасының аумағы батысында Едiл өз. алабынан шығысында Алтай тауы шыңдарына дейiн солтнде Батыс Сiбiр жазығынан Солт. Қазақстан жазығы оңтнде ТяньШань тауына дейiн созылып жатыр. Еуропа мен Азия ел
14977. Қазақстанның ежелгі қалалары 48 KB
  Қазақстанның ежелгі қалалары ҚАЗАҚСТАННЫҢ ЕЖЕЛГI ҚАЛАЛАРЫ жазба деректемелер мен археологиялық материалдар нәтижесiнде анықталған байырғы қоныс орындары қала жұрттары. 6 9 ғларда Оңт. Қазақстан мен Оңт.Батыс Жетiсуда қала мәдениетi жақсы дамыды. Саяси жағынан бұ
14978. Қазақстанның ең ежелгі қаласы 34.5 KB
  Қазақстанның ең ежелгі қаласы Сонымен жылқы жылының күзінде Тараз қаласының 2000 жылдық мерейтойы өткізіледі. Бұл жөнінде дүниежүзілік құзырлы ұйым ЮНЕСКО шешім қабылдаған болатын. Осыдан екі жыл бұрын түркі дүниесінің қазақ мемлекетінің рухани астанасы Түркістанның 15...
14979. Қазақстанның жеті кереметі 55.5 KB
  Тақырыбы: Қазақстанның жеті кереметі. Мақсаты: оқушыларды Қазақстанның тарихи мұраларымен таныстырып мәдениетке дегн қызығушылығын арттырып тәрбиелеу. 1оқушы:Бүгін маған керек емес ертегі Ертегіні өз басымда шертеді. Та...