II Методика выполнения работы

1. Накачать насосом немного воздуха в баллон. При накачивании воздух нагревается, следовательно, необходимо выждать 2-3 мин, пока благодаря теплообмену температура в баллоне не станет равной комнатной.

2. Измерить манометром (рис.1) избыточное давление воздуха h₁ (в мм столба жидкости).

3. Открыть кран К и в тот момент, когда уровни жидкости в обоих коленах манометра М сравняются, быстро закрыть кран.

4. Выждав 2-3 мин, пока газ, охлажденный при адиабатическом расширении, нагревается до комнатной температуры, измерить избыточное давление h₂. Следует помнить, что h₁ и h₂ отсчитываются как разность высот жидкости в обоих коленах манометра. Опыт по определению h₂ повторить 3-5 раз.

5. Рассчитать среднее значение h₂, и по формуле (14) вычислить значение γ.

6. Повторить п.п. 1-5 для двух новых значений h₁. Значения h₁ согласовать с преподавателем.

7. Результаты опытов занести в таблицу 1.

III Таблица 1 – Экспериментальные и расчётные данные

h1, мм	h2, мм	h2ср, мм	γ	γср

IV Оценка погрешностей полученных результатов.

Относительная погрешность измерений:

.

V Выводы

Контрольные вопросы

1. Почему теплоемкости газов зависят от способов и условий нагревания?

2. Почему С_р больше, чем С_V?

3. Какой процесс называется адиабатическим?

4. Что происходит с внутренней энергией газа при адиабатическом процессе?

5. Как изменяется температура газа при адиабатическом процессе?

6. Пояснить вывод формул (12) и (14).

Литература.

1. Руководство к лабораторным занятиям по физике / Под ред. Л.Л. Гольдина. - М., 1973.

2. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова / Учебное пособие для вузов. – 3-е изд., М.: Высш. шк., 2000. – 478 с.

3. Яворский Б.М. , Детлаф А.А. Справочник по физике / Б.М. Яворский , А.А. Детлаф, М.: Наука, 1979. – 942 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

«Проверка закона Ома. Определение мощности источника тока»

Цель работы: научиться применять законы Ома для определения мощности источника тока.

Приборы и оборудование: источник постоянного тока; амперметр; вольтметр; реостат; ключи.

Схема установки

I Теоретическая и расчётная часть

Пусть источник тока с электродвижущей силой Е и внутренним сопротивлением r замкнут на внешнее сопротивление R. Согласно закону Ома для полной цепи сила тока в цепи:

(1).

Напряжение на нагрузке (совпадающее с напряжением на зажимах ис­точника тока) будет меньше Е:

(2)

Мощностью какого-либо источника тока называется то количест­во энергии, которое отдает источник тока в единицу времени.

Полная мощность, выделяемая в цепи, будет слагаться из мощно­стей, выделяемых во внешней и внутренней частях цепи:

P = J² R + J² r = J² ( R + r ),

Так как J(R+r) =E, то Р = J·E (4)

Энергия, отдаваемая во внешний участок за одну секунду, назы­вается полезной мощностью (Р_н - мощность на нагрузке). Полезная мощность Р_н подсчитывается по формуле:

Р_н = J² R = J·U , (5)

где U - напряжение на зажимах источника при замкнутой внешней

цепи с сопротивлением R ; J - величина тока в цепи.

Для экспериментального исследования зависимости полезной мощности и коэффициента полезного действия источника от величины тока собирают цепь, состоящую из ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА, реостата, амперметра и ключей.

К зажимам батареи присоединяют вольтметр.

Замыкая ключ и меняя сопротивление, наблюдают показания амперметра и вольтметра. Полезная мощность подсчитывается по формуле (5).

Результаты опыта представляют в виде графиков.

Исследуем зависимость мощности, выделяемой в цепи, от внеш­него сопротивления R, на которое замкнут элемент.

Подставив в формулу полной мощности (4) значение тока (1) получим, что полная мощность, выделяемая в цепи, будет равна:

(6)

Наибольшего значения она достигает при токе короткого замыкания (R=0, ), когда внешнее сопротивление отсутствует:

(7)

В этом случае вся мощность выделяется в самом источнике и оказы­вается бесполезной для внешней цепи.

При увеличении сопротивления внешней цепи R полная мощность уменьшается, стремясь асимптотически к нулю при неограниченном увеличении R,

Р→ 0 при R→ ∞.

Мощность, выделяемая во внешней части цепи (на нагрузке), равна:

Мощность на нагрузке является только частью полной мощности, остальная мощность расходуется в источнике тока (и подводящих проводах) и оказывается бесполезной для внешней цепи.

Анализ выражения (8) показывает, что при токе короткого замыкания, когда R=0, полезная мощность равна нулю.