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

65 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

27188. Обмен липидов, аминокислот, простых и сложных белков. Передача генетической информации и биосинтез белка 4.27 MB
  Методические рекомендации составлены в виде билетов, содержащих по пять вопросов, и правильных ответов на них, где изложены изложены вопросы обмена липидов, аминокислот, простых и сложных белков. Уделено внимание механизму синтеза белков и нуклеиновых кислот, передаче генетической информации и молекулярной патологии.
27190. Внутренняя и внешняя п. Фр. в период консульства и 1-й империи Наполеона. Наполеоновская эпоха в исторической науке 41.5 KB
  Вандаль: к власти во Фр. человек чуждый революции начал задумываться о захвате власти достаточно рано. Было много разбойников в городах и на больших дорогах отсутствовал законопорядок в стране все это убедило большинство в необходимости передачи власти в твердые руки. давно мечтал о власти решил воспользоваться ситуацией; Манфред: Наполеон уехал из Египта чтобы не проиграть.
27194. Франко-германская война 1870-1871 гг. и парижская Коммуна 1871 г. и их место в историческом процессе 37 KB
  19 сентября немецкие войска осадили Париж = голод зима безденежье = народные восстания = меры правительства: запрет на взыскание платы за аренду и по кредитам = бунты продолжались = 28 января 1871 г. По мере уплаты контрибуций германские войска покидали оккупированные территории. Вооруженные силы ПК значительно уступали по численности и подготовки Версальским войскам которых к тому же поддерживали германские оккупационные войска. 21 мая версальские войска ворвались в Париж.
27195. Общие черты и особенности эк. и П. развития стран Западной Европы и США в конце 19- начале 20 века 67.5 KB
  Развития стран Западной Европы и США в конце 19 начале 20 века. Европейские страны кроме Германии и США отставали от Англии в темпах роста. индустриальными были всего 3 страны Германия США Англия а аграрноиндустриальными были Россия Австрия Фр. развития уступая США.