8

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Одеська національна морська академія

Кафедра фізики і хімії

Лабораторна робота № 4-1

Дослідження залежності корисної потужності і коефіцієнта корисної дії джерела струму від сили струму та зовнішнього опору

ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМУ

Склали: В.І. Михайленко,

А.А.Горюк,

Ф.О.Птащенко

Затверджено на

засіданні кафедри,

протокол № 2 від 17.09.2009

Одеса – 2009

Лабораторна робота № 4-1

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОРИСНОЇ ПОТУЖНОСТІ І КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ ВІД СИЛИ СТРУМУ ТА ЗОВНІШНЬОГО ОПОРУ

1. Теоретична частина

1.1. Основні величини та співвідношення теорії електричного струму

Для розуміння даної лабораторної роботи необхідно мати елементарні знання з теорії електричного струму, які подаються нижче.

Електричний струм – це впорядкований (направлений) рух заряджених мікрочастинок. Напрямок струму збігається з напрямком руху позитивних зарядів (струм у металах обумовлений рухом електронів, і його напрямок протилежний руху електронів).

Сила струму I чисельно дорівнює заряду, який проходить через поперечний переріз провідника за одну секунду:

, (1*)

або , якщо струм постійний. Одиниця вимірювання сили струму – ампер:.

Потенціал – енергетична характеристика поля. Потенціал у даній точці чисельно дорівнює потенціальній енергії одиничного заряду, уміщеного в дану точку поля:

. (2*)

(Потенціал поля у даній точці не залежить від величини пробного заряду – при збільшенні зряду збільшується також його потенціальна енергія, а відношеннязалишається сталим). Потенціал вимірюється у вольтах:. Один вольт – потенціал такої точки поля, в якій зарядмає потенціальну енергію.

Якщо умістити заряд в електричне поле, то під дією поля заряд буде рухатися, а поле буде виконувати роботу. При цьому різниця потенціалів між двома точками чисельно дорівнює роботіелектростатичних сил по переміщенню одиничного заряду з однієї точки в іншу.

. (3*)

Для того, щоб в замкненому колі йшов електричний струм, необхідно джерело ЕРС. ЕРС (електрорушійна сила) чисельно дорівнює роботі сторонніх сил (не електричного походження) з переміщення одиничного заряду по всьому колу:

. (4*)

В замкненому контурі електричне поле штовхає позитивний заряд від високого потенціалу до низького (від „+” до „–”, рис. 1*), а потім сторонні сили (наприклад, хімічні – в батарейці) знов переміщують заряд в область високого потенціалу (від „–” до „+”). Таким чином здійснюється кругообіг зарядів в замкненому колі постійного струму. ЕРС вимірюється у вольтах.

Електрична напруга U чисельно дорівнює повній роботі, яку виконують як сторонні, так і електростатичні сили при переміщенні одиничного позитивного заряду на деякій ділянці кола:

. (5*)

Якщо на ділянці кола джерело ЕРС відсутнє, то .

Співвідношення між силою струму та напругою встановлює закон Ома.

Закон Ома для однорідної ділянки кола: сила струму на деякій ділянці кола пропорційна до напруги і обернено пропорційна до опору,

. (6*)

Електричний опір – величина, яка характеризує протидію про­від­ни­ка або електричного кола протіканню струму. Опір вимірюється в омах, .

Закон Ома для неоднорідної ділянки кола:

(7*)

(він випливає із визначення напруги (5*) та закону Ома (6*) ).

Закон Ома для повного кола:

, (8*)

тут – ЕРС,– зовнішній опір,– внутрішній опір джерела ЕРС (у будь-якого джерела ЕРС, наприклад, батарейки є електричний опір).

При протіканні струму через провідник в ньому виділяється тепло (провідник нагрівається). Експериментально було встановлено, що кількість теплоти ,виділеної в провіднику з опором пропорційна до квадрата сили струму, опору та часу, за який цей струм проходить:

(9*)

– це закон Джоуля-Ленца. При цьому виділяється потужність

. (10*)