2 семестр лабы Шейнман БТС / ЛР 10 / 0501 Конунников ЛР10-1

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

кафедра физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 10

«Передача мощности в цепи постоянного тока»

Выполнил: Конунников Г. А.

Группа № 0501

Преподаватель: Шейнман И. Л.

Вопросы			Задачи ИДЗ				Даты	Итог
							коллоквиума
1	2
43	68

Санкт-Петербург, 2021

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментальное исследование зависимости полезной мощности, полной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) ис¬точника от отношения сопротивлений нагрузки и источника.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: стенд для сборки измерительной цепи; два источника с различными электродвижущими силами (ЭДС); миллиамперметр и вольтметр; переменный резистор. Схема установки для исследования цепи постоянного тока представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема установки для исследования цепи постоянного тока

Источник ЭДС E с внутренним сопротивлением R_i, нагруженный на внешнее сопротивление R1, создаёт в цепи (рис. 1) ток

I = E/(R1 + R_i).

Полная мощность P = EI, развиваемая источником, делится между нагрузкой и источником следующим образом:

P_e/P = U_e/U = R1/(R1 + R_i) = ,

P_i/P = U_i/U = R_i/(R1 + R_i) = 1 – ,

где P_e = IU_e – мощность, выделяющаяся в нагрузке (полезная), P_i = IU_i – мощность, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении источника; U_e и U_i – падения напряжения на нагрузке и на внутреннем сопротивлении источника соответственно;  – КПД источника.

С увеличением внутреннего сопротивления от нуля (короткое замыкание) до бесконечности (разомкнутая цепь) напряжение U_e возрастает от нуля до значения, равного ЭДС, а ток в цепи уменьшается от I_кз = E/R_i при коротком замыкании до нуля при разомкнутой цепи.

Мощность P_e равна нулю как при коротком замыкании, так и при разомкнутой цепи. Максимальная полезная мощность P_e max достигается, когда R1 = R_i, при так называемом согласовании сопротивлений источника и нагрузки. В этом случае

P_e max = E²/(4R_i).

Полная мощность P с увеличением сопротивления нагрузки уменьшается и в режиме согласования составляет P = E²/(2R_i), т. е. половину мощности, развиваемой источником в режиме короткого замыкания:

P_кз = E²/R_i.

Напряжение U_e в режиме согласования равно половине ЭДС E.

КПД источника равен нулю при коротком замыкании и единице при разомкнутой цепи; в согласованном режиме  = 0.5.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Рассчитаем по соответствующим формулам значения для каждого источника, результаты вычислений сведем в таблицы.

Полученные результаты измерений и вычислений для источника G1 приведены в таблице 3. При

Таблица 3 – Результаты измерений и вычислений для источника G1

№	I,
1	9,2	1	0,046	0,0092	0,2	0,25
2	7	1,4	0,035	0,0098	0,28	0,39
3	5,4	3,2	0,027	0,01728	0,64	1,78
4	4	3,6	0,02	0,0144	0,72	2,57
5	3,3	4	0,0165	0,0132	0,8	4
6	3	4,2	0,015	0,0126	0,84	5,25
7	2,5	4,6	0,0125	0,0115	0,92	11,5
8	2,2	4,8	0,011	0,01056	0,96	24
9	2	5,1	0,01	0,0102	1,02	51
10	1,8	5,1	0,009	0,00918	1,02	51

Полученные результаты измерений и вычислений для источника G2 приведены в таблице 4. При

Таблица 4 – Результаты измерений и вычислений для источника G2

№	I,
1	8	1	0,0448	0,008	0,1786	0,22
2	6,7	1,2	0,0375	0,00804	0,2143	0,27
3	5	2,8	0,028	0,014	0,5	1
4	4	3,8	0,0224	0,0152	0,6786	2,11
5	3,4	4,2	0,019	0,01428	0,75	3
6	3,2	4,6	0,0179	0,01472	0,8214	4,6
7	2,8	5	0,0157	0,014	0,8929	8,33
8	2,4	5,2	0,0134	0,01248	0,9286	13
9	2,2	5,4	0,0123	0,01188	0,9643	27
10	2	5,8	0,0112	0,0116	1,0357	29

2. Построим графики зависимости соответствующих параметров.

График зависимости от для источника G1.

График зависимости от для источника G2.

3. Рассчитаем значения R_i для соответствующих источников G1 и G2 данные занесем в таблицу 5.

Таблица 5 – Значения R_i для соответствующих источников G1 и G2

№	I,				I,
1	9,2	608,6957	575		8	1	575
2	7	600	656,7164179		6,7	1,2	656,7164
3	5,4	-347,826	-350		5	2,8	-350
4	4	500	450		4	3,8	450
5	3,3	484,8485	411,7647059		3,4	4,2	411,7647
6	3	466,6667	312,5		3,2	4,6	312,5
7	2,5	400	214,2857143		2,8	5	214,2857
8	2,2	363,6364	166,6666667		2,4	5,2	166,6667
9	2	300	90,90909091		2,2	5,4	90,90909
10	1,8	1000	1000		2	5,8	1000

4. Рассчитаем для каждого источника и

4.1 Для источника G1:

4.2 Для источника G2:

Вывод: В ходе эксперимента исследованы зависимости полезной мощности, полной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) источника от отношения сопротивлений нагрузки и источника, которые получили расчетным путем, построили относительно этих данных графики зависимости от .

Контрольные вопросы

43. В суть компенсационного метода? Каковы основные источники погрешности при измерении ЭДС методом компенсации?

Ответ:

Источники погрешности – шкала потенциометра (имеет наименьшую среди всех приборов точность градуировки), шкала микроамперметра.

68. Единицы измерения мощности. Соотношение между единицами «Джоуль» и «киловатт-час».

Ответ:

Единицей измерения мощности является ватт (Вт), равный одному джоулю в секунду (Дж/с).

Киловатт-час равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один киловатт в течение одного часа. Поскольку 1 Вт⋅с = 1 Дж, 1 кВт⋅ч = 1000 Вт ⋅ 3600 с = 3,6 МДж.