10Лаба
.docx
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Отчет по лабораторной работе №5
По дисциплине: Физика
Тема: Энергетика источника тока
Выполнил:
студент АПН – 15 /Якимова А.Н. /
(подпись) (Ф.И.О.)
ПРОВЕРИЛ:
Руководитель: доцент ________________ /Стоянова Т.В. /
кафедры ОТФ (подпись) (Ф.И.О)
(должность)
Санкт-Петербург
2016
Цель работы: 1. Определение внутреннего сопротивления и ЭДС различных источников электроэнергии. 2. Определение режима согласования источника с нагрузкой. 3. Исследование зависимостей полезной и полной мощности, развиваемых источником тока, и его коэффициента полезного действия (КПД) от нагрузочного сопротивления.
Теоретические основы лабораторной работы
Явление, используемое в данной работе- изменение магнитного потока кругового тока в пространстве.
Электрический ток- любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.
За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные носители.
Постоянный ток- ток, сила тока и направление которого не меняются со временем.
Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, с другой - наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение.
Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения (сторонних сил). Такие устройства называются источниками тока.
Основной закон, используемый в данной работе - закон Ома. Для однородного участка цепи он выглядит следующим образом:,сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Закон Ома для замкнутой цепи:
Сила тока– скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени. Это количественная характеристика электрического тока.
- это мгновенное значение силы тока
Сопротивление – величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току. Для однородного линейного проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление равно:
Напряжение– обобщенное понятие разности потенциалов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.
U=1-2+12 , где(1-2) – разность потенциалов, В.12 – электродвижущая сила на данном участке цепи, В.
Разность потенциалов – физическая величина, определяемая работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из точки с большим потенциалом в точку с меньшим.
Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом:
Мощностью называется работа, совершаемая в единицу времени:
- мгновенное значение мощности
Для замкнутой цепи мощность равна:
P=εI
Полезной мощностью называется мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении:
Полной мощностью называется сумма мощностей, выделяемых на внешнем и внутреннем сопротивлениях:
Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение полезной мощности к полной:
Полная мощность достигает свое наибольшее значение при R=0 ( случай короткого замыкания ) и уменьшается при увеличении внешнего сопротивления. Наибольшее значение полезной мощности достигается при R=r.
Схема установки:
- ЭДС источника тока;
К- ключ;
V- вольтметр;
А- амперметр;
R-реостат.
Основные расчётные формулы:
1) Электродвижущая сила источника тока ( ЭДС )
2) Полезная мощность
3) Полная мощность
4) Коэффициент полезного действия
Погрешности прямых измерений:
Погрешности косвенных измерений:
- абсолютная погрешность ЭДС
- среднеквадратичная погрешность ЭДС
- абсолютная погрешность внутр. сопротивления
- среднеквадратичная погрешность внутр. сопротивления
Таблицы результатов измерений и вычислений:
Таблица 1 – Результаты измерений и расчётов параметров нестабилизированного источника электроэнергии.
№ |
I, А |
U, В |
R, Ом |
Pполез. |
Pполн. |
r, Ом |
ε, В |
η |
1 |
0,96 |
0,5 |
0,52 |
0,48 |
5,76 |
5,73 |
6 |
0,083 |
2 |
0,83 |
1,0 |
1,21 |
0,83 |
4,98 |
6,02 |
1,166 |
|
3 |
0,74 |
1,2 |
1,62 |
0,88 |
4,44 |
6,48 |
0,198 |
|
4 |
0,63 |
1,8 |
2,8 |
1,13 |
3,78 |
6,72 |
0,298 |
|
5 |
0,53 |
2,2 |
4,15 |
1,12 |
3,18 |
7,12 |
0,352 |
|
6 |
0,43 |
2,8 |
6,51 |
1,21 |
2,58 |
7,44 |
0,468 |
|
7 |
0,38 |
3,0 |
7,89 |
1,14 |
2,28 |
7,38 |
0,500 |
|
8 |
0,35 |
3,3 |
9,43 |
1,16 |
2,10 |
7,45 |
0,552 |
|
9 |
0,33 |
3,9 |
11,81 |
1,32 |
1,98 |
6,37 |
0,666 |
|
10 |
0,30 |
4,1 |
13,66 |
1,21 |
1,80 |
6,34 |
0,622 |
Примеры расчётов:
1) Внутреннее сопротивление
2) ЭДС источника тока
3) Полезная мощность
4) Полная мощность
5) Коэффициент полезного действия
6) Расчет погрешности
Результат :
= (6 ± 0,5) В
= (6,74 ± 1,9) Ом
Графический материал:
Рис. 1 – Зависимость полной мощности от внешнего сопротивления
Рис. 2 – Зависимость полезной мощности от внешнего сопротивления
Рис. 3 – Зависимость КПД от внешнего сопротивления
Вывод:
В ходе лабораторной работы определён ЭДС с помощью прямых и косвенных измерений. Рассчитанное значение близко к измеренному прямым путём. Погрешность при расчете ЭДС составила 0,5%. Полная мощность (Pполн), развиваемая источником тока, достигает максимума в режиме короткого замыкания, т.е. при R = 0, что видно из графика на рисунке 1.Из графика на втором рисунке можно сделать вывод о том, что полезная мощность (Pполезн) равна нулю при крайних значениях внешнего сопротивления: при R=0 и R, а максимум полезной мощности достигается при R = r. Из графика на рисунке 3 получим, что при росте нагрузочного сопротивления (R), растёт кпд (η). Выводы сделанные с помощью графического материала согласуются с теорией.