50024

Изучение работы источника напряжения

Лабораторная работа

Физика

Изучение работы источника напряжения Цель: Изучение работы источника напряжения. Краткие теоретические сведения Принципиальная схема работы любого источника напряжения приведена на рис. 1 где e ЭДС источника r его внутреннее сопротивление R сопротивление внешней цепи нагрузка. 2 Выражая из 1 сопротивление R и подставляя в 2 получим зависимость напряжения на нагрузке от силы тока в цепи...

Русский

2014-01-14

88 KB

56 чел.

Лабораторная работа № 4.21*

Изучение работы источника напряжения

Цель: Изучение работы источника напряжения.

Приборы и принадлежности: Блок генератора напряжений ГН1, блок амперметра-вольтметра АВ1, стенд с объектами исследования С3-ЭМ01, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения

Принципиальная схема работы любого источника напряжения приведена на рис. 1, где e - ЭДС источника, r - его внутреннее сопротивление, R - сопротивление внешней цепи (нагрузка). По закону Ома для замкнутой цепи сила тока определяется по формуле

.                                                        (1)

Из закона Ома для однородного  участка вытекает выражение для напряжения на  нагрузке

.                                                  (2)

Выражая из (1) сопротивление R  и подставляя в (2), получим зависимость напряжения на нагрузке от силы тока в цепи

                                          (3)

(физический смысл последней формулы очевиден: ЭДС, действующая в контуре, равна сумме падений напряжений во внешней части цепи и на внутреннем сопротивлении источника). Из последней формулы видно, что данная зависимость является линейной  (ее график приведен на рис.2). Анализ формулы (3) показывает, что при напряжении на нагрузке UR = e, сила тока I = 0;        а  при         отсутствии внешнего сопротивления UR =0, сила тока принимает максимальное значение, равное току короткого  замыкания I=IКЗ,  IКЗ =ε/r.

Данные свойства зависимости (3) лежат в основе одного из методов экспериментального определения ЭДС источника и его внутреннего сопротивления. Для этого строится график зависимости напряжения на нагрузке от силы тока, который экстраполируется до пересечения с осями. Точка пересечения с осью напряжений дает значение ЭДС. Точка пересечения с осью тока дает ток короткого замыкания  IКЗ, внутреннее сопротивление источника тока при этом рассчитывается  по формуле .

Полезная мощность, развиваемая источником напряжения, (мощность,  выделяемая на нагрузке R)  определяется по формуле:

.                                                    (4)

График зависимости PR(R) приведен на рис. 3. Он представляет кривую, начинающуюся из нуля, возрастающую до максимума, а затем опять спадающую до нуля при R = ¥. Для  определения сопротивления R, обеспечивающего максимальную мощность, необходимо взять производную от выражения (4) по R и приравнять ее к нулю. Максимальная мощность Pmax во внешней цепи выделяется при внешнем сопротивлении равном внутреннему сопротивлению источника  

  (5)

и определяется выражением

.  (6)

Зависимость (6) позволяет определить внутреннее сопротивление источника тока еще одним способом, построив зависимость выделяемой во внешней части цепи мощности от величины нагрузки и определив сопротивление, обеспечивающее максимум мощности.

Коэффициентом полезного действия источника напряжения называется отношение выделяемой во внешней цепи мощности (PR =I×UR) к полной мощности развиваемой источником напряжения  (P = I×e).

.  (7)

Из последней формулы видно, что в случае выделения полезной максимальной мощности КПД источника равен 0.5.

Порядок выполнения работы

Принципиальная электрическая схема, используемая в лабораторной работе, приведена на рис. 4. В качестве источника напряения используется генератор регулируемого постоянного напряжения блока ГН1 с включенным внутренним сопротивлением (кнопка Rвн должна быть нажата). Переменное сопротивление находится на стенде с объектами исследования С3-ЭМ01.

1. Собрать схему (рис. 4).

2. Изменяя переменное сопротивление R (от 100 до 1500 Ом) и вращая регулятор потенциометра на блоке сопротивлений, снять значения напряжения UR и силы тока в цепи I при разных значениях сопротивления нагрузки R. Результаты занесите в таблицу 1.

3. По данным таблицы построить зависимость напряжения на нагрузке UR от силы тока в цепи согласно примеру, изображенному на рис. 2. Экстраполируя график до пересечения с осями определить ЭДС источника e1 и ток короткого замыкания IКЗ. По формуле  определить внутреннее сопротивление источника r1. Результаты занести в табл. 1.

4.  По формуле (6), используя значения  e1 и r1, вычислить теоретическое значение максимальной мощности во внешней цепи PMAX1. Результат занести в табл. 1.

5. Используя данные табл. 1, определить мощность, выделяемую во внешней цепи по формуле PR=I×UR при каждом сопротивлении нагрузки R. Результаты занести в табл. 1. По данным таблицы построить график зависимости . По графику определить максимальное значение мощности PMAX2 и соответствующее ему сопротивление . Результаты  занести в таблицу 1.

6. Определить ЭДС e2. Для этого подключить вольтметр к выходам ГН1. Записать полученный результат в табл. 1.

Сравнить значения ЭДС e, внутреннего сопротивления r и полезной максимальной мощности PMAX, полученные разными методами. Объясните возможное несовпадение результатов.

Таблица 1

R,Ом

I, мА

UR, В

PR, мВт

e1, В

IКЗ, мА

r1,Ом

PMAX1, мВт

1

100

2

200

3

300

4

400

5

500

6

600

7

700

8

800

e2, В

r2,Ом

PMAX2, мВт

9

900

10

1000

11

1100

12

1200

13

1300

14

1400

15

1500

Контрольные вопросы

Сила тока и напряжение в электрической цепи. Законы Ома.

Мощность, выделяемая в электрической цепи. Закон Джоуля - Ленца.

Принцип определения ЭДС в данной лабораторной работе.

Принцип определения внутреннего сопротивления в данной лабораторной работе.

КПД источника напряжения.


Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57705. Складання тексту-міркування 91 KB
  Мета: удосконалювати навички та вміння правильно будувати текст-міркування; вчити розкривати абстрактно загальні поняття; розвивати звязне мовлення увагу память мислення уміння логічно й послідовно викладати думки на папері...
57706. Від минулого до сьогодення. Історія створення книги 180 KB
  Мета: ознайомити п’ятикласників з історією виникнення книги та розвитком книгодрукування в Україні; популяризувати книгу носія інформації; виховувати повагу до історії народу його внеску в розвиток української культури.
57707. Книга: подорож у часі 122 KB
  Мета: дидактична: ознайомити учнів з історією створення книги з найдавніших часів; розвивальна: показати учням значення книги в розвитку світового суспільства; розвивати інтелектуальну активність учнів; розвивати культуру мислення уяву...
57708. Культура Галицько – Волинської держави 77.5 KB
  Мета: Ознайомити учнів з досягненнями культури Галицько – Волинської держави; визначити її особливості; з ясувати які держави мали вплив на розвиток Галицько – Волинської держави; працювати над вмінням виділяти головне працювати в групі...
57709. Клас Комахи. Особливості будови та процесів життєдіяльності 157.5 KB
  Розширити та поглибити знання учнів про членистоногих познайомити з різноманітністю комах особливостями їх зовнішньої та внутрішньої будови пристосуванням їх до умов навколишнього середовища.
57710. Урок-турнір з інформатики «Комп’ютерні відмінники» 2.89 MB
  Мета уроку: Перевірити спільний рівень ерудиції; знання учнів з вивчених розділів та тем навчальної програми; вміння та навички учнів отриманих на уроках інформатики...
57711. Устройство компьютера. Урок информатики 67.5 KB
  Цели урока: помочь учащимся усвоить устройство компьютера понятие базовая конфигурация ПК дать основные понятия необходимые для начала работы на компьютере; воспитание информационной культуры учащихся внимательности аккуратности дисциплинированности усидчивости; развитие познавательных интересов навыков работы с мышью и клавиатурой самоконтроля умения конспектировать. Оборудование:компьютер учебник компьютерная презентация. На прошлом уроке мы начинали знакомство с компьютером. Сегодня мы рассмотрим какие устройства...
57712. Прямокутна система координат у просторі. Декартові координати у просторі 1.75 MB
  Мета уроку: ввести поняття прямокутної системи координат у просторі з використанням історичного матеріалу навчати будувати точку за заданими координатами та знаходити координати точок які зображенні у заданій системі координат...
57713. Прямоугольная система координат. Расстояние между точками. Координаты середины отрезка 286 KB
  Актуализация опорных знаний фронтальный опрос сильных учащихся с наводящими вопросами по будущим заданиям Что такое треугольник фигура состоящая из 3х точек не лежащих на одной прямой и 3х отрезков попарно соединяющих эти точки...