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

19600. Об’єкти технологічної діяльності 28.99 KB
  Урок 2. Об’єкти технологічної діяльності 1 год. Мета уроку. Засвоєння знань про об’єкти технологічної діяльності метод фантазування як засіб створення об’єктів технологічної діяльності показники якості виробу; види виробів з фанери. Формування вмінь здійснювати по
19601. Художнє конструювання виробу. Урок 276.33 KB
  Художнє конструювання виробу. Мета уроку. Засвоєння знань про етапи проектування ескіз технічний опис макет креслення шаблони; формування вмінь застосовувати метод фантазування виконувати ескізне конструювання. Розвивати окомір точність під час в...
19602. Технічне конструювання 163.8 KB
  Урок 4. Технічне конструювання 1 год. Мета уроку. Засвоєння знань про технічний рисунок креслення типи ліній нанесення розмірів застосування масштабу умовні позначення. Формування вмінь користуватися креслярським інструментом наносити розміри на кресленні. Вих...
19603. Побудова простого креслення об’єкта проектування 21.48 KB
  Урок 5. Побудова простого креслення об’єкта проектування 1 год. Мета уроку. Формування вмінь користуватися креслярським інструментом наносити розміри на кресленні; оформляти технічний рисунок креслення об’єкта проектування. Розвивати просторову уяву. Виховувати о
19604. Конструкційні матеріали та їх види 26.42 KB
  Урок 6. Конструкційні матеріали та їх види 2 год. Мета уроку. Засвоєння знань про види та способи вибору конструкційних матеріалів; формування практичних вмінь визначати види конструкційних матеріалів за їх властивостями; сприяти розвитку пам’яті. Виховувати інтерес ...
19605. Види та способи вибору конструкційних матеріалів. Породи дерев та їх будова 102.03 KB
  Урок 7. Види та способи вибору конструкційних матеріалів. Породи дерев та їх будова 1год. Мета уроку. Засвоєння знань про породи деревини та її будову сортамент виготовлення шпону фанери ДВП ДСП та їх призначення; формування умінь здійснювати вибір матеріалу для виг...
19606. Техніка. Короткі відомості з історії розвитку техніки 31.2 KB
  Техніка і технологічні процеси виготовлення виробів з конструкційних матеріалів Урок 8. Техніка. Короткі відомості з історії розвитку техніки 1 год. Мета. Засвоєння знань про історію розвитку техніки та роль машин у сучасному виробництві і побуті як знарядь праці; п
19607. Типові та спеціальні деталі. Види з’єднань 28.39 KB
  Урок 9. Типові та спеціальні деталі. Види з’єднань 1 год. Мета уроку. Засвоєння знань про типові та спеціальні деталі види з’єднань формування практичних вмінь у з’єднанні деталей. Розвиток в учнів пам’яті. Виховання основ культури праці. Об’єкт навчальної праці: мех...
19608. Ознайомлення з механізмами у шкільній майстерні 77.59 KB
  Урок 10. Ознайомлення з механізмами у шкільній майстерні 1 год. Мета. Засвоєння знань про графічне зображення механізмів кінематичні схеми. Формування вмінь виконувати графічне зображення деталей і механізмів. Розвивати просторову уяву. Виховувати інтерес до технік...