Лабораторная работа №3

Определение мощности выделяемой на активном сопротивлении

Цель работы: исследование параметров генератора на мощность, выделяемую на активной нагрузке.

Вопросы к допуску:

1. Что называется полной мощностью? Напишите формулу для полной и полезной мощностей.

2. Как определить коэффициент полезного действия источника тока?

Теория.

4.1 Закон Ома для участка цепи. Обобщенный закон Ома для участка цепи.

· Направленное движение электрических зарядов называется током.

· За направление тока принято направление движения положительных частиц.

· Линии, вдоль которых движутся заряженные частицы, называются линиями тока. За направление линий тока принимают направление движения заряженных частиц.

· Плотностью тока называется векторная величина , определяющая электрический ток в данной точке проводника

(2.1),

где n – концентрация заряженных частиц, v – скорость частиц.

· Вольтамперной характеристикой проводника называется однозначная зависимость между напряжением, приложенным к концам проводника и силой тока в нем

(2.2).

· Для металлов сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению ~, где L - электрическая проводимость , где R – электрическое сопротивление.

· Прямо пропорциональная зависимость между током и приложенным напряжением носит название закона Ома для участка цепи

(2.3)

· Сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника и его удельному сопротивлению и обратно пропорционально площади поперечного сечения

(2.4)

· Зависимость удельного сопротивления от температуры называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС)

(2.5)

· ТКС определяет относительное приращение сопротивления при увеличении температуры на один градус

(2.6)

· Закон Ома в дифференциальной форме имеет вид

(2.7)

· Для получения постоянного тока в электрической цепи необходимо действие сторонних сил, отличных от сил электростатического поля.

· Устройство, являющееся причиной действия сторонних сил, называется источником тока.

· Закон Джоуля-Ленца имеет следующую формулировку: работа, совершаемая при перемещении единицы заряда между точками 1 и 2, равна напряжению U₁₂. При перемещении по цепи заряда q совершается работа в q раз больше.

· Учитывая, что заряд проходит по цепи за время t при силе тока I получим: ; работа электрического тока на участке цепи 1-2 определяется как величина прямо пропорциональная напряжению и величине заряда.

или (2.8)

· Работа электрического тока идет на нагревание участка цепи сопротивлением R.

· При последовательном включении нескольких резисторов количество выделяемой теплоты прямо пропорционально сопротивлению, квадрату протекающего тока и времени

· При параллельном включении резисторов количество теплоты, выделяемой на каждом из них удобно рассчитывать по закону

4.2 Баланс мощностей.

· Работа, совершаемая при перемещении положительного заряда Q вдоль некоторого неразветвленного участка электрической цепи, не содержащего источников энергии от т. a до т. b равна произведению этого заряда на напряжение U_ab=U между концами участка: А=Q×U.

· Баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии

· Полезная мощность источника U_и×I_и меньше развиваемой источником полной мощности Е×I_и на мощность потерь r_внутI²_ист.

· Мощность источника следует считать положительной и записывать в уравнение баланса мощностей со знаком плюс, если положительное направление тока I_ист совпадает с направлением действия ЭДС.

Контрольные вопросы:

1. Выведите условие максимума полезной мощности.

2. Как связаны между собой максимальные полная и полезная мощности при данном источнике?

3. Каков КПД цепи при максимальной полезной мощности?

4. Как вычислить ЭДС и внутренн ее сопротивление батареи из двух одинаковых источников , соединенных параллельно, оследовательно?

5. Составьте баланс мощностей последовательной цепи.

Проведение эксперимента

Задание 1.

1. Соберите схему (рис.4.1). r₀=0,2÷0,7 Ом

Рис.4.1

2. Изменяя положение движка реостата 15 раз определите мощность, выделяемую на нагрузке по формуле P=UI и сопротивление реостата R.

3. Заполните таблицу.

4. Постройте график зависимости P(R) и P(I).

5. Повторите опыт еще 5 раз, изменяя внутренне сопротивление источника тока r и постройте соответствующие зависимости P(I).

6. Сделайте вывод. Как влияет внутреннее сопротивление источника тока на положение максимума мощности.

7. Какая зависимость наблюдается между мощностью тока и нагрузкой? I

8. Постройте график зависимости максимальной мощности P_max от внутреннего сопротивления r₀.

9. Сделайте вывод, как зависит амплитуда величины P_max от внутреннего сопротивления r₀.

Задание 2. Исследование влияния внутреннего сопротивления источника тока на мощность, выделяемую на нагрузке.

1. Соберите схему и проделайте опыт, изменяя внутреннее сопротивление источника тока. Положение движка реостата и величина ЭДС источника остаются неизменными.

2. Занесите данные в таблицу и постройте график зависимости P(r), где значение мощности определяется по формуле P=UI.

3. Сделайте вывод. Как влияет внутренне сопротивление источника тока на мощность P выделяемую на нагрузке R.

Задание 3. Исследование цепи с параллельным включением источников тока.

1. Соберите схему, состоящую из 1, 3 и 5 одинаковых элементов с внутренним сопротивлением r и ЭДС Е, включенных параллельно (рис.4.2).

2. Для каждой схемы снимите показания приборов, изменяя 15 раз положение движка реостата.

3. Рассчитайте мощность, выделяемую на нагрузке по формуле P=UI.

4. Данные опыта занесите в таблицу.

5. Постройте график зависимости P(R), где R – величина сопротивления реостата и P(I).

6. Сделайте вывод. Как влияет количество одинаковых источников включенных параллельно на максимальную мощность, выделяемую при нагрузке.

Рис.4.2

Список литературы

1. Поливанов К.М. Теоретические основы электротехники. Т.1,2,3.-М.: Энергия, 1990 г.

2. Неймен Л.Р., Демирчан К.С. ТОЭ, Энергоиздат. С-Петербург, 1998 г.

3. Бессонов Л.А. ТОЭ.-М.: Высшая школа, 1993 г.

4. Евдокимов Ф.Е. ТОЭ.-М.: Энергия, 1992 г.

5. Попов В.С. ТОЭ.-М.: Высшая школа, 1990 г.