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

64 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

26358. Внутренняя и внешняя политика Директории 23.16 KB
  правительственные войска заняли здания Совета пятисот и Совета старейшин и арестовали часть депутатов. Они били войска Австрийской империи и ее союзников в которых царила рутина насаждавшаяся спесивыми бездарными военачальниками. Основные удары по австрийским войскам нанесла французская армия в Северной Италии под командованием Бонапарта. 10 мая он разбил австрийские войска в сражении при Лоди вошел в Милан и вскоре приступил к осаде главной австрийской военной базы крепости Мантуи.
26359. Государственный переворот 18 брюмера 1799 г. Итоги революции 18.89 KB
  Сийес распустил слух об опасном якобинском заговоре и устроил так что те депутаты совета старейшин на которых он не рассчитывал или которых боялся не попали на заседание в котором предполагалось принять задуманные заговорщиками решения. Собравшиеся депутаты единогласно вотировали перенесение законодательного корпуса в СенКлу где оба совета должны были собраться на другой день не ранее полудня. Бонапарт окружённый генералами и офицерами немедленно отправился на заседание совета где произнес короткую речь с обещанием поддерживать...
26360. Бранденбургско-прусское государство во вт.пол. XVII- первой трети XVIII в. 29.76 KB
  XVII первой трети XVIII в. Социальноэкономическое и политическое развитие Германии в XVIII в. Борьба Пруссии и Австрии за гегемонию в Центральной Европе Господство крепостного права Мекленбург Бранденбург Померания Восточная Пруссия Силезия оставались в XVIII в. Сгон крестьян с земли принимает все более широкие размеры со второй половины XVIII в.
26361. Фридрих II и просвещённый абсолютизм в Пруссии 27.52 KB
  Фридрих II и просвещённый абсолютизм в Пруссии. Фри́дрих II или Фридрих Великий известный также как по прозвищу Старый Фриц нем. Фридрих родился в Берлине 24 января 1712 года при крещении получил имя КарлФридрих. Его отец король Пруссии Фридрих Вильгельм I из династии Гогенцоллернов мать София Доротея Ганноверская дочь короля Англии Георга I.
26362. Просвещенный абсолютизм в Австрии. Реформы Марии-Терезии и Иосифа II 15.02 KB
  Реформы МарииТерезии и Иосифа II. Правление Иосифа II 178090 Сын Марии Терезии Иосиф II ставший соправителем своей матери после 1765 часто вступал с ней в споры по вопросам государственной политики. Демонстрируя просвещенность и добрую волю Иосиф II провозгласил равенство всех подданных перед судом и при сборе налогов. Хотя Иосиф II объявил себя защитником католичества он вел энергичную борьбу с властью папы Римского.
26363. Итальянские войны 1494-1559 г 25.59 KB
  Французские войска вторглись в Италию подчинили Флоренцию и практически не встречая сопротивления в 1495 году заняли Неаполь. 6 июля 1495 года французские войска встретились с армией Венецианской лиги в сражении при Форново и не сумев добиться победы ушли во Францию. В 1496 году испанские войска очистили территорию Италии от французских гарнизонов остававшихся в крепостях а французский гарнизон в Неаполе капитулировал. В 1501 году французские войска вторглись на территорию Неаполя а испанский экспедиционный корпус высадился в Калабрии.
26364. Тридцатилетняя война 1618-1648 г 29.02 KB
  Тридцатилетняя война 16181648 г. Тридцатилетняя война 1618 1648 первый в истории Европы военный конфликт затронувший в той или иной степени практически все европейские страны в том числе и Россию за исключением Швейцарии. Война началась как религиозное столкновение между протестантами и католиками Германии но затем переросла в борьбу против гегемонии Габсбургов в Европе. Последняя значимая религиозная война в Европе породившая вестфальскую систему международных отношений.
26365. Война за испанское наследство 34.66 KB
  Когда же Людовик XIV начал более агрессивно расширять свои территории некоторые европейские державы главным образом Англия и Голландская республика выступили на стороне Священной Римской империи чтобы воспрепятствовать усилению Франции. Другие государства присоединились к союзу против Франции и Испании чтобы попытаться заполучить новые территории или же защитить уже имеющиеся. В результате Филипп V остался королём Испании но лишился права наследовать французский престол что разорвало династический союз корон Франции и Испании. В...
26366. Война за австрийское наследство 17.67 KB
  Претензии сторон После смерти императора Карла VI 20 октября 1740 года его старшая дочь Мария Терезия вступила согласно постановлению Прагматической санкции во владение всеми землями австрийской монархии но её наследственные права стали оспариваться с разных сторон а одновременно с тем заявлены были и разные другие притязания. Прусский король Фридрих II Великий прежде всех воспользовался этим случаем чтобы заявить древние права своего дома на силезские герцогства Лигниц Волау Бриг и Егерндорф и в декабре 1740 года вступил в Силезию....