- •Моделирование электростатических полей
- •Теоретические положения
- •Описание установки и методики измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Определение ёмкости конденсаторов посредством измерения тока разрядки
- •Описание установки и методики измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение эдс источника методом компенсации
- •Описание методики измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Измерение сопротивления проводников мостиком уитстона
- •Описание метода измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •5. Как зависит сопротивление проводников от температуры? в чем состоит явление сверхпроводимости?
- •Изучение обобщённого закона Ома и измерение электродвижущей силы методом компенсации
- •Теоретическое введение
- •Описание установки и методики измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Порядок выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание
- •Библиографический список
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему лабораторной установки (см. рис. 6.4). Источник с ЭДС 1 через разъёмы 5,6 включить встречно источнику с ЭДС 2 (рис. 6.5,а). Вольтметр подключить к разъёмам 1,2, а миллиамперметр - к разъёмам 3,4.
2. Подключить к сети лабораторный модуль и источники питания. Включить измерительные приборы.
3. Установить напряжение источника питания ИП2 с ЭДС 2, равное 5 В.
4. Установить напряжение источника питания ИП1 с ЭДС 1, равное 3 В. Изменяя напряжение 1 в пределах 3-8 В с интервалом в 1 В, измерить значения тока и разности потенциалов на участке 2 – R0. Занести результаты измерений в табл. 6.1.
Таблица 6.1
№ |
Встречное включение 1 и 2 |
Согласованное включение 1 и 2 |
||
I, мА |
1 - 2, В |
I, мА |
1 - 2, В |
|
1 … n |
|
|
|
|
5. Источник с ЭДС 1 включить согласованно источнику с ЭДС 2 (рис. 6.5,б) и проделать измерения согласно с п. 4. При записи показаний измерительных приборов следует учитывать знаки соответствующих величин.
Обработка результатов измерений
1. Используя данные табл. (6.1), построить зависимость 1 - 2 = f (I) (рис. 6.6).
IK
2. Выделить пунктирными линиями на графике полосу разброса экспериментальных данных.
3. Определить из графика значение разности потенциалов 1 - 2, соответствующее значению I = 0, а также ток Iк при условии 1 - 2 = 0.
4. Рассчитать значение сопротивления R0 по формуле
.
5. Определить из графика значения погрешностей определения тока I и разности потенциалов .
6. Сравнить значение (1 - 2) со значением 2, проверив соотношение
(1 - 2) - 2 (1 - 2) + .
Контрольные вопросы
1. Каков физический смысл ЭДС? В каких единицах измеряется ЭДС?
2. В чём сущность измерения ЭДС методом компенсации?
3. Какой физический смысл имеет электрический потенциал?
4. Какое направление принимают за положительное направление тока в цепи?
5. Как определяется знак ЭДС при расчёте электрических цепей?
6. Сформулируйте обобщенный закон Ома в дифференциальной и интегральной формах.
РАБОТА №7
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Цель работы: расчет параметров электрической цепи, исследование зависимости полезной мощности и КПД электрической цепи от сопротивления нагрузки.
Принадлежности: лабораторный модуль.
Теоретическое введение
Простейшая электрическая цепь состоит из источника тока, подводящих проводов и потребителя тока или нагрузки. Источник тока характеризуется электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением. Сопротивление подводящих проводов очень мало, поэтому им можно пренебречь.
Согласно закону Ома для замкнутой цепи
где ЭДС, r сопротивление источника, R сопротивление нагрузки.
Напряжение на нагрузке
= <
При R= (т.е. когда цепь разомкнута) U делается равным . Таким образом, напряжение на зажимах разомкнутого источника равно его ЭДС.
Мощность, развиваемая источником, равна
I (7.2)
Подставив в эту формулу значения тока (7.1), получим полную мощность, выделяемую во всей цепи
2
В нагрузке выделяется только часть этой мощности, называемой полезной мощностью. Величина полезной мощности
2R/(r+R)2 (7.4)
Отношение полезной мощности ко всей мощности, развиваемой ЭДС в цепи, определяет коэффициент полезного действия источника тока:
(7.5)
Рассмотрим, как зависит Рн и от силы тока I, отбираемой от источника. Представим Рн в виде:
Рн=Р-Рr=I-rI2,
т.е. Рн меняется с изменением I по параболическому закону и Рн обращается в нуль, если:
I(-rI)=0
Это дает два значения тока: I1=0 и I2=/r
Первое решение соответствует разомкнутой цепи (R>>r), а второе короткому замыканию (R<<r).
Зависимость от I выражается формулой:
(I-rI2)/I=1-rI/ (7.6)
К.п.д. достигает максимального значения равного 1 в случае разомкнутой цепи (I=0) и затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в ноль при коротком замыкании.
Зависимости Р, Рн и от I изображена графически на рисунке 7.1.
Видим, что условия получения наибольшей полезной мощности Рн и наибольшего несовместимы. Когда Рн достигает наибольшего значения I=/2r и =1/2, когда 1 Рн мала по сравнению с (Рн)max, которую мог бы развить источник. На практике важным требованием для силовых электроустановок является получение высокого . Для этого должно быть сопротивление источника мало по сравнению с сопротивлением нагрузки (r<<R). При этом мощность Рr, выделяемое внутри источника, мала по сравнению с полезной мощностью в нагрузке. В случае короткого замыкания Рн=0 и вся мощность выделяется внутри источника.
Рис.7.1
Схема установки и методика измерения
Схема электрической цепи представлена на рис. 7.2. Величина тока в цепи регулируется реостатом R . Измерение
Рис. 7.2
тока и напряжения осуществляется микроамперметрами А иV с пределами измерения Im и внутренними сопротивлениями RA и RV Прибор V благодаря дополнительному сопротивлению Rд используется в качестве вольтметра с пределом измерения Um=Im(RД+RV), а предел измерения прибора А увеличен до I =Im+Iш, где Iш- ток в шунтовом сопротивлении Rш (шунт-ответвление).