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

73 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

54072. Логопедичне заняття. Осіння лісова галявина 210.5 KB
  Логопедичне заняття Вид. Виховувати вміння слухати вказівки логопеда. Логопед. Діти а зараз давайте пограємо в гру З якого дерева листочок Логопед показує дітям листочок а діти називають.
54073. Звук "ш". Лісова школа (Старша логопедична група) 1.38 MB
  Формувати в малят уявлення про навчання в школі ознайомити із звуком ш акустичною характеристикою; закріпити вміння ділити слова на склади визначати звук який найчастіше звучить у вірші аналізувати слово з допомогою звукових фішок пригадувати слова зі звуком ш ; узгоджувати числівники з іменниками в орудному відмінку; розвивати фонематичні процеси слуховий контроль. Обладнання: фішки для звукового аналізу шишкикартинки картинки з предметами у множині іграшка Лунтик...
54074. Логопедичні міні-заняття як дієва форма корекційно-розвивальної роботи з дітьми дошкільного віку 196 KB
  Наприклад вправа Хто летить хто не летить Учительлогопед промовляє вірш а діти пантомімою зображують: Хто летить хто не летить. Так швиденько покажіть Хто летить хто не летить. Летить летить воронаЛетить летить корова Летить летить шпак Летить летить грак. Летить летить горобчик.
54075. ЛОГОПЕДИЧНА РОЗВАГА «СВЯТО БЕРЕЖЛИВОСТІ» 140 KB
  Закріпити словник споріднених слів гончар гончарство гончарський гончарний гончарня; уточнити та розширити словник антонімів чистий брудний святковий буденний повсякденний натуральна природна штучна однотонна різнокольорова теплий холодний літній зимовий новий старий рвати штопати бруднити ...
54076. Подорож Кораблем Часу. Логопедична розвага 127.5 KB
  Логопедична розвага Подорож Кораблем Часу Мета: узагальнити знання дітей про пори року вчити описувати їх; уточнити та закріпити словник синонімів омонімів та прислівя; розвивати фонематичний слух вміння утворювати присвійні прикметники від іменниківназв диких звірів вміння ділити слова на склади підбирати слова з певною кількістю складів; удосконалювати навички звукового аналізу і синтезу слів; продовжувати розвивати дрібну моторику рук вміння працювати як правою так і лівою...
54077. Использование вектора на логопедических занятиях 216 KB
  Для пропедевтики оптической дисграфии в первую очередь необходимо использовать задания, направленные на развитие зрительно-пространственных представлений и зрительно-моторных координаций.
54078. Взаємозв’язок логопеда та родини у корекційно-відновлювальній роботі з дітьми логопатами 32.5 KB
  Одне з важливих завдань професійної діяльності вчителя логопеда дитячого дошкільного навчального закладу є залучення батьків до проведення роботи із дітьми логопатами по закріпленню засвоєного матеріалу на корекційно відновлювальних заняттях. Оволодіння дитиною мови успішно йде тоді коли з ним займаються не тільки в дошкільному закладі але і в сім'ї: Передумовою ефективного залучення сімейного оточення до корекції звуковимови у дітей є чітко організована взаємодія логопеда з батьками регулярна...
54079. Зима 36.5 KB
  Матеріали: дзеркала на кожну дитину вітрячки сніжинки ілюстрації зими сніжинки чарівна паличка мікрофон предметні картинки музика Моцарта пєса Сніжинки музика до пісні Сніжокпушокавтор не відомий бубон Хід заняття. Сніжинки. Логопед торкається паличкою до кожної дитини повідомляє що вони тепер сніжинки. А тепер мої сніжинки давай подорожувати та про зиму розповідати.
54080. «На гостину до пташок». Конспект підгрупового заняття з елементами логоритміки в старшій логопедичній групі 37 KB
  Стеценка Синичка картинки птахів. Як називаються птахи які мешкають у лісі лісові птахи Давайте послухаємо спів птахів. Гра на розвиток уваги: Хто як голос подає Дятел стукає: тук тук Ворона каркає: кра кра Горобець: цвірінь цвірінь Сорока: скреке ке скреке ке Голуб: туркоче Сова кричить: УУУ Ластівка: щебече Соловей: заливається свистить щебече Журавель: курличе Жайворонок: бринить Пропоную під музику передати нелегкий шлях птахів які відлітають у теплі краї:легкий біг зі змахами рук присідання з низько...