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

10838. Винаходи та винахідники. Перевірити рівень мовленнєвої компетенції за темою 74.5 KB
  Тема: Наука і культура Підтема: Винаходи та винахідники. Мета: Перевірити рівень мовленнєвої компетенції за темою. Провести тематичну атестацію. Обладнання: тест НО1. ХІД УРОКУ І. ПІДГОТОВКА ДО СПРИЙНЯТТЯ ІНШОМОВНОГО МОВЛЕННЯ Aim Повідомлення теми та мети уро...
10839. Мистецтво. Життя суспільства 52.5 KB
  УРОК 24 Тема: Життя суспільства Підтема: Мистецтво. Мета: Розвивати вміння вживати лексику теми в усних висловлюваннях. Проконтролювати розуміння та обговорити текст домашнього читання. Практикувати учнів у вживанні розділових питань у порівнянні з іншими питаннями...
10840. Відвідання музею 58 KB
  УРОК 25 Тема: Життя суспільства Підтема: Відвідання музею. Мета: Практикувати учнів у діалогічному мовленні. Вчити свідомому логічному оформленню висловлювання. Узагальнити у вправах граматичний матеріал Present Tenses. Обладнання: підручник таблиця Present Tenses HO1. ПІ...
10841. Шедеври живопису 51 KB
  УРОК 26 Тема: Життя суспільства Підтема: Шедеври живопису. Мета: Практикувати учнів в аудіюванні тексту. Сприяти розвиткові пізнавальних інтересів учнів розширенню їхнього світогляду формуванню смаку. Обладнання: підручник репродукція Mona Lisa Giaconda HO1 текст дл...
10842. Корисна інформація для подорожуючого 54 KB
  УРОК 27 Тема: Життя суспільства Підтема: Корисна інформація для подорожуючого. Мета: Практикувати учнів в усних діалогічних висловлюваннях. Вчити отримувати та користуватися необхідною для подорожуючого інформацією. Вчити реагувати на репліки співрозмовника висл...
10843. Урок. У готелі. Займенник some та його похідні 51.5 KB
  Тема. Життя суспільства УРОК 28 Підтема: У готелі. Мета: Практикувати учнів у вживанні фраз необхідних у ситуаціях спілкування. Узагальнити граматичний матеріал: Займенник some та його похідні. Обладнання: підручник граматична таблиця Займенник some та його похід...
10844. Новий рік. Різдво 44.5 KB
  Тема: КУЛЬТУРА. ДОЗВІЛЛЯ Підтема: Новий рік. Різдво. Мета: Виховувати повагу до народних традицій. Обладнання: підручник текст для аудіювання Christmas in Ukraine HO текст для читання New Year in England and Scotland HO2. ХІД УРОКУ I.ПІДГОТОВКА ДО СПРИЙНЯТТЯ ІНШОМОВНОГО МОВЛЕННЯ ...
10845. Чекаючи на Різдво. Життя суспільства 38.5 KB
  Урок 29 Тема: Життя суспільства Підтема: Чекаючи на Різдво. Мета: Навчати непідготовленому висловлюванню за темою уроку. Проконтролювати та обговорити тексти домашнього читання. Націлювати учнів на виконання тесту тематичної атестації.Обладнання: підручник. ХІД У...
10846. Святкування Нового року та Різдва 41 KB
  Планконспект уроку з англійської мови для учнів 11х класів Тема: КУЛЬТУРА. ДОЗВІЛЛЯ Підтема: Святкування Нового року та Різдва. Мета: Вчити учнів активно використовувати недавно вивчений матеріал працюючи в групі у парах індивідуально. Обладнання: підручник ка...