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

58 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

41580. КОЛЛЕКТИВНЫЕ ДОГОВОРЫ И СОГЛАШЕНИЯ 52 KB
  Порядок заключения коллективного договора коллективного договора Условия коллективного договора носят обязательный характер. Коллективный договор как институт трудового права это совокупность правовых норм которые регулируют трудовые и социально-экономические отношения между наемными работниками и работодателями определяют порядок разработки заключения и исполнения трудового договора комплексно регулируют различные вопросы которые касаются разных аспектов трудовых правоотношений.
41581. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЗАНЯТОСТИ И ТРУДОУСТРОЙСТВА 57.5 KB
  Понятие занятости населения.Государственная служба занятости ее структура и полномочия.Понятие занятости населения.
41582. Трудовой договор. Понятие трудового договора 169.5 KB
  Понятие трудового договора Стороны трудового договора Содержание трудового договора Общий порядок принятия на работу Трудовой договор о работе по совместительству. Совмещение Контракт как особая форма трудового договора. Изменение условий трудового договора. Прекращение трудового договора.
41583. Рабочее время. Понятие рабочего времени 40.5 KB
  К нему относится: Нормальное; Сокращенное; Неполное рабочее время; Дополнительное законодательно закрепленное отклонение от основного рабочего времени. К нему относится: Сверхурочные работы; Продолжительность рабочего времени в выходные дни праздничные и нерабочие дни; Виды рабочего времени Различают такие виды рабочего времени: нормированное : нормальное сокращенное неполное ненормированное Нормальное рабочее время согласно ст. Коллективными и трудовыми договорами может быть установлена меньшая продолжительность рабочего...
41584. Время отдыха. Понятие времени отдыха 51.5 KB
  Перерывы в течение рабочего дня ст. не зависимо от гражданства; Время отпуска засчитывается в стаж работы. Виды отпусков: ежегодные отпуска: основной дополнительный;
41585. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ОПЛАТЫ ТРУДА 55 KB
  Размер оплаты труда носит императивный характер но все же не может рассматриваться как правовое предписание прямого действия которое дает право работнику требовать корректировки условий оплаты труда.результатов его труда и хозяйственной деятельности предприятия; Поэтому ни в одной норме права не закреплен принцип равной оплаты за труд. Рынок труда и принцип равной оплаты за равный труд явления взаимоисключающие друг друга т.
41586. Материальная ответственность. Понятие основания и условия возникновения материальной ответственности 40.5 KB
  Материальная ответственность является юридической обязанностью работника и состоит в возмещении ущерба причиненного предприятию своими виновными действиями причинил вред предприятию. Материальная ответственность это вид ответственности который состоит в обязанности работника возместить в установленном порядке и размере вред причиненный предприятию на котором он работает вследствие не выполнения или ненадлежащего выполнения без уважительных причин своих трудовых обязанностей. В соответствии с нормами трудового права...
41587. Трудовые споры. Понятие трудовых споров и причины их возникновения 46 KB
  Понятие трудовых споров и причины их возникновения Индивидуальные трудовые споры Коллективные трудовые споры 1. Понятие трудовых споров и причины их возникновения Трудовые споры нельзя сводить к разногласиям между отдельными работниками и собственником. Понятие трудовые споры включает и непонимание между собственником предприятия и определенным трудовым коллективом.
41588. Политические режимы в зарубежных странах 68.5 KB
  Политический режим это важнейший структурный элемент формы государства все принципиальные изменения в природе государственной власти и способах ее организации неизбежно отражаются на политическом режиме. Политический режим это система методов способов и средств осуществления политической государственной власти. Основными чертами демократического режима являются следующие: решения принимаются большинством с учетом интересов меньшинства; существует правовое государство и гражданское общество; центральные и местные органы...