МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра Физики
ОТЧЕТ по лабораторной работе №10
по дисциплине «Физика» Тема: «Передача мощности в цепи постоянного тока»
Студент гр. 9492 |
|
Скотаренко Д.Д. |
|
Преподаватель |
|
|
Альтмарк А. М. |
Санкт-Петербург
2020
Цель работы.
Экспериментальное исследование зависимости полезной мощности, полной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) источника от отношения сопротивлений нагрузки и источника.
Схема установки:
Переключателем SB1 источники G1 и G2 с различными ЭДС и внутренними сопротивлениями могут быть поочередно подключены к нагрузке R1. Ток I и напряжение Ue на резисторе R1 измеряют миллиамперметром PA1 и вольтметром PV1. Режим разомкнутой цепи осуществляется отключением нагрузки кнопкой SB2; показание вольтметра при
этом равно ЭДС источника.
2
|
|
Основные теоретические положения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
Источник ЭДС E с внутренним сопротивлением Ri, нагруженный на |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Полная мощность P = EI, |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
( + 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
внешнее сопротивление R1, создает в цепи ток: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
развиваемая источником, делится между |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ( + 1) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
нагрузкой и источником следующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
= |
|
|
= 1 − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
где |
= |
– мощность, |
|
|
|
|
( + 1) |
|
|
= |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выделяющаяся в нагрузке (полезная); |
|
|
|
|
– |
– |
|||||||||||||||||
мощность, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении источника; |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
источника |
|
||
падения напряжения на нагрузке и на внутреннем сопротивлении |
|
|
и |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
соответственно; |
|
|
– КПД источника. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
от нуля до значения, равного ЭДС, а ток в цепи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
увеличением внутреннего сопротивления от нуля (короткое замыкание) |
|||||||||||||||||||||||||||||||
до бесконечности (разомкнутая цепь) напряжение |
|
|
возрастает |
кз = |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уменьшается от |
при |
|
||||||||||
коротком замыкании до нуля при разомкнутой цепи. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
Мощность |
|
|
равна нулю как при коротком замыкании, так и при |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
когда |
1 |
= |
, при так называемом согласовании |
|
|
|
|
|
достигается, |
|
||||||||||||||||||||||||
разомкнутой цепи. Максимальная полезная мощность |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
нагрузки. В этом случае |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
сопротивлений источника и |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
= 4 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Полная мощность P с увеличением сопротивления нагрузки уменьшается |
||||||||||||||||||||||||||||||||
и в режиме согласования составляет: |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
замыкания: |
|
|
|
|
мощности, |
|
|
|
|
= |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
то есть |
|
половину |
|
|
|
|
|
развиваемой источником в режиме короткого |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кз = 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Напряжение |
|
в режиме согласования равно половине ЭДС E. КПД |
||||||||||||||||||||||||||||||
источника равен |
нулю при коротком замыкании и единице при разомкнутой |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
цепи; в согласованном режиме 0,5.
3
Теоретические вопросы:
Вопрос № 60: Напишите формулу зависимости КПД от сопротивления
нагрузки и качественно нарисуйте график этой зависимости.
= ( внутрнагр+ нагр)
Зададимся значением внутреннеговнутр =сопротивления345 Ом. , например, значением из лабораторной установки: Напряжение нагрузки будем
изменять от 5 до 995 Ом:
Вопрос № 71: Чем опасен режим короткого замыкания для источника? Ответ объясните.
В режиме короткого замыкания (когда сопротивление нагрузки равно нулю) вся мощность источника выделяется в нём самом, следовательно, источник перегревается – а это может вызвать пожар или взрыв.
4
Протоколлабораторнойработы№10
4,2 |
1, В |
|
4,8 |
2, В |
|
|
|
|
|
|
|
R1, Ом |
I1, мА |
Uн1, В |
R1, Ом |
I2, мА |
Uн2 , В |
995 |
3,134 |
3,119 |
995 |
4,078 |
4,058 |
896 |
3,384 |
3,032 |
896 |
4,453 |
3,99 |
797 |
3,678 |
2,931 |
777,2 |
5,004 |
3,889 |
777,2 |
3,743 |
2,909 |
668,3 |
5,645 |
3,773 |
717,8 |
3,952 |
2,837 |
579,2 |
6,306 |
3,652 |
618,8 |
4,358 |
2,697 |
500 |
7,038 |
3,519 |
539,6 |
4,748 |
2,562 |
430,7 |
7,834 |
3,374 |
450,5 |
5,28 |
2,379 |
351,5 |
8,997 |
3,163 |
381,2 |
5,784 |
2,205 |
272,3 |
10,566 |
2,877 |
5 |
12 |
60 мВ |
5 |
25,668 |
128,342 мВ |
ОбработкаЛР10
Рассчитаем для каждой пары напряжения и силытоказначения полной мощности,мощности нагрузки,КПД и отношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника:
Для первого источникас 1:
0.013163 |
0.009775 |
|
|
|
= ( − н) |
Pполн |
Pнагр |
|
|
|
|
|
|
0.742619 |
|
|
2.885291 |
0.014213 |
0.01026 |
0.721905 |
|
|
2.59589 |
0.015448 |
0.01078 |
0.697857 |
|
|
2.309693 |
0.015721 |
0.010888 |
0.692619 |
|
|
2.253292 |
0.016598 |
0.011212 |
0.675476 |
|
|
2.081438 |
0.018304 |
0.011754 |
0.642143 |
|
|
1.794411 |
0.019942 |
0.012164 |
0.61 |
|
|
1.564103 |
0.022176 |
0.012561 |
0.566429 |
|
|
1.306425 |
0.024293 |
0.012754 |
0.525 |
|
|
1.105263 |
0.0504 |
0.00072 |
0.014286 |
|
|
0.014493 |
Для второго |
источника |
с 2: |
|
|
|
Pполн |
Pнагр |
|
|
|
= ( − н) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0.019574 |
0.016549 |
0.845417 |
|
|
5.469003 |
0.021374 |
0.017767 |
0.83125 |
|
|
4.925926 |
0.024019 |
0.019461 |
0.810208 |
|
|
4.268935 |
0.027096 |
0.021299 |
0.786042 |
|
|
3.673807 |
0.030269 |
0.02303 |
0.760833 |
|
|
3.181185 |
0.033782 |
0.024767 |
0.733125 |
|
|
2.747073 |
0.037603 |
0.026432 |
0.702917 |
|
|
2.366059 |
0.043186 |
0.028458 |
0.658958 |
|
|
1.932193 |
0.050717 |
0.030398 |
0.599375 |
|
|
1.4961 |
0.123206 |
0.003294 |
0.026738 |
|
|
0.027472 |
|
|
|
|
|
|
2) Построимграфики зависимостей Pполн, Pнагр, от отношения н: 1. Для первого источника: