2797

Изучение простейшей электрической цепи переменного тока

Лабораторная работа

Физика

Изучение простейшей электрической цепи переменного тока. Цель работы: Теоретическое и экспериментальное изучение простейшей электрической цепи. Краткое теоретическое обоснование: Мощность NИ развиваемая источником энергии Работа AИ совершае...

Русский

2012-10-19

90.5 KB

24 чел.

Изучение простейшей электрической цепи переменного тока.

Цель работы:

Теоретическое и экспериментальное изучение простейшей электрической цепи.

II.Краткое теоретическое обоснование:

Мощность NИ развиваемая источником энергии

Работа AИ  совершаемая источником энергии по перемещению заряда q по замкнутому контуру, и ток I в замкнутой цепи, для постоянного тока определяются следующими уравнениями

AИ = qε 

                                     I = ε / (R + RВ)                           (8.6)

Мощность NИ , развиваемая источником энергии равна

             NИ = AИ / t = q • ε / t = (q / t) • ε = I • ε             (8.7)

Из уравнений (8.6) и (8.7) найдём NИ

                                NИ = ε2 / (R + RВ)                            (8.8)

При R = 0  NИ = NИ max = ε2 / RВ   

При R = ∞ NИ = 0

При увеличении сопротивления R мощность NИ уменьшается от  NИ max  до 0 (по гиперболическому закону).

         Примечание: Принято говорить, что при уменьшении сопротивления нагрузки величина нагрузки на источник энергии увеличивается.

Мощность N потребляемая нагрузкой

Работа А перемещения заряда q по нагрузке

A = qU

Мощность NИ потребляемая нагрузкой определяется уравнением (8.9)

                 N = A / t = q • U / t = q / t •U = I • U             (8.9)

По закону Ома

                                        U = RI                                    (8.10)

Из уравнений (8.6), (8.9), и (8.10)

N = I • U = I • R • I = I2 • R = (ε2 / (R + RВ)2) • R  

                              N = (ε2 / (R + RВ)2)                              (8.11)     

По уравнению (8.11) проведём анализ зависимости мощности N, потребляемой нагрузкой, от сопротивления нагрузки R. При R = 0 и R = ∞, N = 0. Следовательно, зависимость N = N(R) должна иметь максимум. Найдём значение, при котором N = Nmax 

dN / dR = ε2 (1(R + RВ)2 R2(R + RВ)) / (R + RВ)4 = 0

(R + RВ) − 2R = 0

                                          R = RВ                                     (8.12)           

Максимум зависимости N = N(R) будет при R = RВ   

Подставим значение R = RВ в уравнение (8.11). Тогда получим:   

               N = Nmax = ε2 (RB / (RB + RB)2) = ε2 / 4RB                            (8.13)

Вид зависимости N = N(R) представлен па рис. 8.9

По графику рис. 8.9 можно найти внутреннее сопротивление источника энергии RB и максимальную мощность Nmax . В соответствии с уравнением (8.13) можно найти э.д.с. источника

ε = √ 4RB Nmax       (8.14)

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) источника определяется как отношение полезной мощности, выделяющейся на нагрузку (внешняя часть цепи), и полной мощности выделяющейся во всей цепи. Полная мощность складывается из полезной мощности N и мощности потерь NB на внутреннем сопротивлении проводника.

Nполная = N + NВ

NB выражается аналогично N. Таким образом на схеме рис. 8.7 сопротивление нагрузки и внутреннее сопротивление источника соединены последовательно, то через них протекает одинаковый ток. Значит

NB = I2 RB = ε2 / (R + RB) RB .  Тогда

Nполная = ε2 / (R + RB) R + ε2 (R + RB) RB = ε2 / (R + RB) = NИ

То есть полная мощность выделяющейся на всей  цепи равна мощности развиваемой источником. Таким образом, получаем выражение для КПД

               η = N / Nполная = N / NU = IU / = U / ε              (8.15)

U = RI ; I = ε / (R + RB) ; U = ε (R / (RB + R))

Из уравнения (8.15) получим:

                                   η = R / (R + RB)                                (8.16)

Из уравнения (8.16) следует, что

При    R = 0    η = 0 ;

При    R = ∞    η = 1 .

Следовательно, η возрастает от 0 до 1 при возрастании R от 0 до ∞ .


III.Рабочие формулы и единицы измерения.

NИ = AИ / t = q • ε / t = (q / t) • ε = I • ε              N = A / t = q • U / t = q / t •U = I • U

       ε = √ 4RB Nmax                                                                 η = N / Nполная = N / NU = IU / Iε = U / ε    

IV.Схема установки. V.Измерительные приборы и принадлежности.

В лабораторной установке собрана простейшая электрическая цепь. Напряжение между проводниками измеряется вольтметром, а ток в цепи измеряется миллиамперметром. Сопротивление вольтметра значительно больше сопротивления нагрузки, поэтому можно считать, что ток через вольтметр не идет. Сопротивление миллиамперметром значительно меньше сопротивления нагрузки, поэтому можно считать, что падения напряжения на миллиамперметре нет.

VI.Результаты измерения.

№ измерения

I,

мА

U,

В

R,

кОм

NИ,

мВт

N,

мВт

η

1

17,2

55,1

3,2

1290

948

0,7

2

21,9

49,5

2,3

1643

1084

0,7

3

26

43,9

1,7

1950

1141

0,6

4

31,3

37,5

1,2

2348

1174

0,5

5

36

32

0,9

2700

1152

0,4

6

40,7

26

0,6

3053

1058

0,3

7

45,4

20

0,4

3405

908

0,3

8

50,1

13,5

0,3

3758

676

0,2

VII. Черновые записи и вычисления.

R = 55,1 / 17,2 = 3,2           NИ = 17,2 • 75 = 1290           N = 17,2 • 55,1 = 948

R = 49,5 / 21,9 = 2,3           NИ = 21,9 • 75 = 1643           N = 21,9 • 49,5 = 1084

R = 43,9 / 26 = 1,7              NИ = 26 • 75 = 1950              N = 26 • 43,9 = 1141

R = 37,5 / 31,3 = 1,2           NИ = 31,3 • 75 = 2348           N = 31,3 • 37,5 = 1174

R = 32 / 36 = 0,9                 NИ = 36 • 75 = 2700              N = 36 • 32 = 1052

R = 26 / 40,7 =0,6               NИ = 40 • 75 = 3053              N = 40 • 26 = 1158

R = 20 / 45,4 = 0,4              NИ = 45,4 • 75 = 3405           N = 45,4 • 20 = 908

R = 13,5 / 50,1 = 0,3           NИ = 50,1 • 75 = 3758           N = 50,1 • 13,5 = 676

ε = √4 • 1,2 • 1174 = 75

η = 55,1 / 75 = 0,7              η = 37,5 / 75 = 0,5                 η = 20 / 75 = 0,3

η = 49,5 / 75 = 0,7              η = 32 / 75 = 0,4                    η = 13,5 / 75 = 0,2

η = 43,9 / 75 = 0,6              η = 26 / 75 = 0,3

VIII. Основные выводы.

Мы теоретически и экспериментально изучили простейшую линейную электрическую цепь.

IX. Графики.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22567. Сон 42 KB
  Існує величезна кількість емпіричних даних і забобонів щодо значення сну і сновидінь але справжнє наукове вивчення сну почалося лише у другій половині ХІХ ст. Прибічники хімічної теорії сну спочатку пояснювали сон накопиченням в організмі гіпнотоксичних речовин молочна вугільна та карбонові кислоти холестерин а нині надають важливого значення особливим хімічним регуляторам сну таким як речовина сну фактор сну чи пептид дельтасну які являють низькомолекулярні поліпептиди 850 920 Да . Кортикальна теорія сну І. Нарешті...
22568. будливий та гальмівний постсиниптичні потенціали 23.5 KB
  Постсинаптичне гальмування ГПСП обумовлене виділенням пресинаптичним закінченням аксона гальмівного медіатора який знижує або гальмує збудливість мембран соми і дендритів нерв клітини з якою він контактує. Прикладами гальмівних нейронів є клітини Реншоу в спинному мозку клітини Пуркіньє мозочку зірчасті клітини кіркової речовини великого мозку . Збудження нейрона супроводжуеться змінами метаболізму зокрема синтезу РНК та іншими зрушеннями в процесі білкового синтезу посиленням теплопродукції поглинанням кисню які відображають...
22569. Постсинаптичне гальмування у ЦНС та його природа.Значення ггальмування у роботі 22.5 KB
  Значення ггальмування у роботі. Гальмування особливий нервовий процес який зумовлюється збудженням і зовнішньо проявляється пригніченням іншого збудження. Постсинаптичне гальмування ГПСП обумовлене виділенням пресинаптичним закінченням аксона гальмівного медіатора який знижує або гальмує збудливість мембран соми і дендритів нерв клітини з якою він контактує.
22570. ЦНС 22.5 KB
  Особливе місце в цій складній організації займае місце ЦНС що повязує в функціональну єдність всі клітини тканини і органи людського організму. Дякуючи великій кількості різних рецепторів ЦНС сприймає багаточисельні зміни що виникають в зовн средовищі і всередині організму і відіграє велику роль в регуляції всіх сторін життєдіяльності огранізму в зовн середовищі. Процеси що відбуваються в ЦНС лежать в основі психічної діяльності та поведінки людини. Діяльність ЦНС найчастіше наз координаційною або узгоджувальною.
22571. Спинний мозок 49.5 KB
  Він є сегментарним органом: у людини від спинного мозку відходять 31 пара спинномозкових корінців у жаби 10 які у кожному сегменті поділяються на дві частини: на передній вентральний і задній дорзальний корінці. Сіра речовина спинного мозку на поперечному перетині має вигляд метелика або літери Н . Є також дорзальні роги спинного мозку з'єднані з вентральними широкою перетинкою сірої речовинитак зване тіло сірої речовини . Крім вентральних і дорзальних рогів у грудному відділі спинного мозку є бокові роги сірої речовини рис.
22572. Рефлекси спинного мозку 24 KB
  Це залежить від сили подразників їх просторової та часової взаємодії а також від стану нервових центрів спинного мозку. Нервові центри спинного мозку також необхідні для регуляції як соматичних так і вегетативних функцій.Нервові центри шийного відділу спинного мозку виявляють кооординуючий вплив на активність мотонейронів які інервують мязи згиначі і розгиначі нижчележачих відділів тіла.
22573. Довгастий мозок 31.5 KB
  Крім ядер черепномозкових нервів характерною особливістю структури заднього мозку є наявність у ньому потужної маси нервових елементів які не одержують аферентних волокон безпосередньо з периферичних джерел і не посилають рухових волокон на периферію.До надсегментарних структур відносять також ядра провід них шляхів які проходять крізь довгастий мозок до інших частин мозку. Цей відділ головного мозку розташований над спинним мозком і виконує дві основні функції рефлекторну і провіднико ву.
22574. Вароліїв міст 22 KB
  В основі варолієвого мосту проходять пірамідні шляхи між якими розташовуються власні нервові волокна варолієвого мосту котрі прямують у мозочок. З основи варолієвого мосту виходять нерви які зв'язують певні зони варолієвого мосту з відповідними зонами кори великих півкуль. У цьому ж відділі варолієвого мосту знаходяться й ядерні утворення: рухове ядро відвідного нерва частина ядра трійчастого нерва а на дні сільвієвого водогону розташовуються ядра блокового і окорухового нервів . У варолієвому мосту знаходяться ядра які беруть...
22575. Ретикулярна формація 31 KB
  Тому виділяють РФ довгастого мозку варолієвого мосту і середнього мозку. Разом з тим у функціональному відношенні у РФ різних відділів головного мозку є багато спільного і тому її можна розглядати як цілісний утвір. До нейронів РФ підходить багато колатералів від усіх специфічних висхідних проекційних шляхів які проходять крізь стовбурову частину мозку а також від низхідних шляхів що йдуть від вищих відділів мозку в тому числі від пірамідного тракту і нейронів мозочка.