Описание метода измерений и установки
Электрическая цепь состоит из батареи элементов с электродвижущей силой e, внутренним сопротивлением r и резистора с переменным сопротивлением R (рис. 1).
Рис. 1
Ток в цепи измеряется амперметром, напряжение на резисторе – вольтметром. В качестве резистора используется магазин сопротивлений (в дальнейшем сопротивлением амперметра пренебрегаем по сравнению с сопротивлением резистора). По закону Ома для замкнутой цепи
. (1)
Здесь 
– падение напряжения на резисторе.
Из формулы (1) находим явную зависимость напряжения 
от тока в цепи I:
. (2)
Из формулы (2) видно, что зависимость от 
линейная (рис. 2), с увеличением тока напряжение падает. При разрыве цепи ( 
): 
, 
– напряжение в разорванной внешней цепи. При коротком замыкании цепи ( 
): 
, 
– ток короткого замыкания.
Рис. 2
Мощность, развиваемая источником тока, может быть получена из уравнения (1). Умножим обе части этого уравнения на силу тока I:
. (3)
Это выражение имеет следующий смысл:
, (4)
где 
– полная мощность, развиваемая источником; 
– «полезная» мощность (т. е. мощность, выделяющаяся на внешней нагрузке – резисторе); 
– мощность потерь (потери мощности внутри источника)
В соответствии с (3) явная теоретическая зависимость полезной мощности от силы тока имеет вид
|
|
|
. (5)
Зависимость 
– параболическая, которую можно исследовать стандартными математическими методами. Легко найти, что у этой зависимости имеется максимум, который приходится на значение тока 
. Такое значение тока имеет место при сопротивлении резистора 
.
Таким образом, от источника отбирается максимальная мощность на внешнюю нагрузку – резистор 
, если сопротивление резистора равно внутреннему сопротивлению источника тока. При этом коэффициент полезного действия источника тока равен 
, т.е. 50 %.
Задание к лабораторной работе
1. * исследовать функцию на наличие экстремума. Найти значение тока 
, при котором имеет место экстремум функции. Убедиться, что 
. Построить зависимость .
2. * показать, что значение тока 
имеет место при сопротивлении резистора .
3. * Показать, что при коэффициент полезного действия источника тока 
равен 50 %.
4. * Нарисовать ожидаемые зависимости 
, , 
.
5. * Получить рабочую формулу для расчета погрешностей косвенных измерений полезной мощности 
по прямым измерениям напряжения и тока (максимальные приборные погрешности вольтметра и амперметра равны соответственно 
и 
).
|
|
|
6. * Получить рабочую формулу для расчета погрешностей косвенных измерений полной мощности 
по измерениям электродвижущей силы 
источника и тока . Считать, что погрешность определения величины равна максимальной приборной погрешности вольтметра .
7. * получить рабочую формулу для расчета погрешностей косвенных измерений мощности потерь 
.
Примечание. Задания, помеченные звездочкой, выполняются студентами дома.
8. В лаборатории экспериментально определить зависимость 
. Ток в цепи изменять, меняя сопротивление резистора . Построить зависимость .
9. По найденной экспериментальной зависимости определить электродвижущую силу e источника тока, ток короткого замыкания Iкз и внутреннее сопротивление r источника тока.
10. Если есть возможность, отключить внешнюю цепь и измерить электродвижущую силу источника тока непосредственно вольтметром. Это значение сравнить со значением, полученным по графику .
11. Рассчитать полную и полезную мощность, а также мощность потерь и построить зависимости , и на одном рисунке.
12. По графику зависимости определить значение , на которое приходится максимум полезной мощности . Полагая, что при этом , определить внутреннее сопротивление источника тока. Это значение сравнить со значением, полученным по графику .
|
|
|
13. Сделать выводы по лабораторной работе.
Контрольные вопросы
1. Какова цель работы?
2. Что называется электродвижущей силой источника тока?
3. Какой ток называется током короткого замыкания?
4. Как определить электродвижущую силу источника тока по зависимости ?
5. Как определить внутреннее сопротивление источника тока r по зависимости ?
6. Как вычислить полезную мощность источника ?
7. Как вычислить погрешность определения полезной мощности источника ?
8. Как вычислить полную мощность источника ?
9. Как вычислить погрешность определения полной мощности источника ?
10. Как вычислить мощность потерь ?
11. Как вычислить погрешность определения мощности потерь Р2?
12. Каковы классы точности ваших приборов?
13. Как вычисляются максимальные приборные погрешности?
14. Получили ли вы теоретически ожидаемую зависимость ?
15. Получили ли вы теоретически ожидаемую зависимость ?
16. Получили ли вы теоретически ожидаемую зависимость ?
17. Получили ли вы теоретически ожидаемую зависимость ?
18. Что такое коэффициент полезного действия источника тока?
|
|
|
19. При какой нагрузке достигается максимум полезной мощности?
Литература
1.Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Академия, 2004.
2.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. – М.: Астрель, 2001.
3.Калашников С.Г. Электричество. – М.: Физматлит, 2003.
Лабораторная работа № 12
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 466; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!