физика лаб / 2сем / 9491_Ярошук_Влад_ЛР10
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра физики
отчет
по лабораторной работе №10
Тема: ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Студент гр. 9491 |
|
Ярошук В.А. |
Преподаватель |
|
Миронова Д. В. |
Санкт-Петербург
2020
Цель работы:
экспериментальное исследование зависимости полезной мощности, полной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) источника от отношения сопротивлений нагрузки и источника.
Приборы и принадлежности:
стенд для сборки измерительной цепи; два источника с различными ЭДС; миллиамперметр и вольтметр; переменный резистор.
Основные теоретические положения:
Источник ЭДС E с внутренним сопротивлением Ri, нагруженный на внешнее сопротивление R1, создает в цепи ток:
Полная мощность
P = EI
, развиваемая источником, делится между
нагрузкой и источником следующим
образом:
,
.
где
Pe
= IUe
– мощность,
выделяющаяся в нагрузке (полезная); Pi
= IUi
– мощность,
выделяющаяся на внутреннем сопротивлении
источника; Ue
и Ui
– падения
напряжения на нагрузке и на внутреннем
сопротивлении источника соответственно;
– КПД источника.
Мощность Pe
равна нулю
как при коротком замыкании, так и при
разомкнутой цепи. Максимальная полезная
мощность Pemax
достигается,
когда R1
= Ri,
при так называемом согласовании
сопротивлений источника и нагрузки.
В этом случае
Полная мощность
P с увеличением сопротивления нагрузки
уменьшается и в режиме согласования
составляет
т. е. половину мощности, развиваемой
источником в режиме короткого замыкания:
КПД источника равен нулю при коротком замыкании и единице при разомкнутой цепи; в согласованном режиме = 0.5.
Протокол к лабораторной работе №10.
G1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
I, *10-3A |
3,13 |
3,23 |
3,37 |
3,52 |
3,82 |
4,05 |
4,5 |
5,03 |
6,04 |
7,03 |
Ue, В |
3,11 |
3,08 |
2,98 |
2,86 |
2,81 |
2,61 |
2,43 |
2,15 |
1,79 |
1,54 |
G2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
I, *10-3A |
4,09 |
4,55 |
5,02 |
5,53 |
6,06 |
6,56 |
7,03 |
7,57 |
8,08 |
9,19 |
Ue, В |
4,07 |
3,99 |
3,87 |
3,78 |
3,67 |
3,58 |
3,49 |
3,4 |
3,29 |
3,13 |
|
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
I, *10-3A |
9,71 |
10,12 |
12,16 |
14,31 |
17,39 |
|
|
|
|
|
Ue, В |
3,03 |
2,96 |
2,59 |
2,19 |
1,64 |
|
|
|
|
|
Назовите режимы работы исследуемой цепи. Каков КПД при каждом режиме?
КПД источника равен нулю при коротком замыкании и единице при разомкнутой цепи; в согласованном режиме = 0.5. В нашем случае исследуемая цепь работает в согласованном режиме.
Сформулируйте правила Кирхгофа.
Первое правило Кирхгофа:
Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:
Второе правило Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома.
Алгебраическая
сумма произведений сопротивления
каждого из участков любого замкнутого
контура разветвленной цепи постоянного
тока на силу тока на этом участке равна
алгебраической сумме ЭДС вдоль этого
контура.
Обход контуров осуществляется по часовой стрелке, если направление обхода совпадает с направлением тока, то ток берется со знаком «плюс».
Обработка результатов эксперимента.
1.Расчет
значений P,
Pe,
,
R1/Ri
для
каждого источника по формулам:
P = EI; Pe = IUe; ; R1/Ri = Ue/(E-Ue)
Результаты измерений для источника G1 E = 4,2 В
|
I,*10-3, A |
Ue, В |
P, Вт |
Pe,Вт |
|
R1/Ri |
1 |
3,13 |
3,11 |
0,013146 |
0,0097343 |
0,740453 |
2,85321 |
2 |
3,23 |
3,08 |
0,013566 |
0,0099484 |
0,7333 |
2,75 |
3 |
3,37 |
2,98 |
0,014154 |
0,0100426 |
0,709524 |
2,44262 |
4 |
3,52 |
2,86 |
0,014784 |
0,0100672 |
0,680952 |
2,13433 |
5 |
3,82 |
2,81 |
0,016044 |
0,0107342 |
0,669047 |
2,02158 |
6 |
4,05 |
2,61 |
0,01701 |
0,0105705 |
0,621429 |
1,64151 |
7 |
4,5 |
2,43 |
0,0189 |
0,011745 |
0,621428 |
1,37288 |
8 |
5,03 |
2,15 |
0,021126 |
0,0108145 |
0,511904 |
1,04878 |
9 |
6,04 |
1,79 |
0,025368 |
0,0108116 |
0,426190 |
0,74274 |
10 |
7,03 |
1,54 |
0,029526 |
0,0108262 |
0,366667 |
0,57894 |
Результаты измерений для источника G2 E = 4,8 В
|
I,*10-3, A |
Ue, В |
P, Вт |
Pe,Вт |
|
R1/Ri |
1 |
4,09 |
4,07 |
0,019632 |
0,0166463 |
0,847916 |
5,57534 |
2 |
4,55 |
3,99 |
0,02184 |
0,0181545 |
0,83125 |
4,925 |
3 |
5,02 |
3,87 |
0,024096 |
0,0194274 |
0,80625 |
4,16129 |
4 |
5,53 |
3,78 |
0,026544 |
0,0209034 |
0,7875 |
3,70588 |
5 |
6,06 |
3,67 |
0,029088 |
0,0222402 |
0,76458 |
3,24779 |
6 |
6,56 |
3,58 |
0,031488 |
0,0234848 |
0,74583 |
2,93443 |
7 |
7,03 |
3,49 |
0,033744 |
0,0245347 |
0,72708 |
2,66412 |
8 |
7,57 |
3,4 |
0,036336 |
0,025738 |
0,7083 |
2,428571 |
9 |
8,08 |
3,29 |
0,038784 |
0,0265832 |
0,68542 |
2,17881 |
10 |
9,19 |
3,13 |
0,044112 |
0,0287647 |
0,652083 |
1,87425 |
11 |
9,71 |
3,03 |
0,046608 |
0,0294213 |
0.63125 |
1,71186 |
12 |
10,12 |
2,96 |
0,048576 |
0,0299552 |
0.61667 |
1,6086 |
13 |
12,16 |
2,59 |
0,058368 |
0,0314944 |
0.53958 |
1,17194 |
14 |
14,31 |
2,19 |
0,068688 |
0,0313389 |
0.45625 |
0,839 |
15 |
17,39 |
1,64 |
0,083472 |
0,0285196 |
0.34167 |
0,51898 |
2. Графики зависимости P, Pe, 1-го и 2-го источника от R1/Ri.
3. Расчет Pe max, PКЗ и внутреннего сопротивление Ri по формулам:
;
E1
= 4,2В
|
I,*10-3, A |
Ue, В |
Ri, Ом |
1 |
3,13 |
3,11 |
348,24281 |
2 |
3,23 |
3,08 |
346,74923 |
3 |
3,37 |
2,98 |
362,0178 |
4 |
3,52 |
2,86 |
380,681 |
5 |
3,82 |
2,81 |
363,87435 |
6 |
4,05 |
2,61 |
392,592 |
7 |
4,5 |
2,43 |
393,3333 |
8 |
5,03 |
2,15 |
407,5546 |
9 |
6,04 |
1,79 |
399,00662 |
10 |
7,03 |
1,54 |
378,378 |
|
|||
ОмE2 = 4,8 В
|
I,*10-3, A |
Ue, В |
Ri, Ом |
1 |
4,09 |
4,07 |
178,48411 |
2 |
4,55 |
3,99 |
178,02197 |
3 |
5,02 |
3,87 |
185,25896 |
4 |
5,53 |
3,78 |
184,44846 |
5 |
6,06 |
3,67 |
186,4686 |
6 |
6,56 |
3,58 |
185,9756 |
7 |
7,03 |
3,49 |
186,3442 |
8 |
7,57 |
3,4 |
184,94055 |
9 |
8,08 |
3,29 |
186,8811 |
10 |
9,19 |
3,13 |
181,71926 |
11 |
9,71 |
3,03 |
182,2863 |
12 |
10,12 |
2,96 |
181,818 |
13 |
12,16 |
2,59 |
181,7434 |
14 |
14,31 |
2,19 |
182,3899 |
15 |
17,39 |
1,64 |
185,45689 |
|
|||
Ом
Для G1:
=
= 0,0116901 Вт
=
= 0,0467603 Вт
Для G2:
=
= 0,031392 Вт
=
= 0,12557 Вт
Вывод:
В ходе эксперимента были рассчитаны P, Pe, Pe max,PКЗ, и R1/Ri. Также исследовали зависимость полезной мощности, полной мощности и КПД от отношения сопротивлений нагрузки и источника, построили относительно этих данных графики зависимости.