2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ

КАФЕДРА ФИЗИКИ

И.Е.МАКАРОВ, Т.К.ЮРИК, С.В.РОДЭ

Методические указания к лабораторной работе №63

«Определение полезной мощности и КПД источника постоянного тока»

Утверждено в качестве методического указания Редакционно-издательским советом МГУДТ

МГУДТ 2011

УДК 537.3 (075) М-15

Куратор РИС проф. Ракитянский В.И.

Работа рассмотрена на заседании кафедры физики и рекомендована к печати.

Зав. кафедрой Родэ С.В.

Авторы: проф. Макаров И.Е

доц. Юрик Т.К.

д.т.н. проф. Родэ С.В.

Рецензент: Сидоров В.Г. проф.,

М-15 Макаров И.Е Определение полезной мощности и КПД источника постоянного тока: методические указания/ Макаров И.Е.,Юрик Т.К., Родэ С.В. - М: ИИЦ МГУДТ, 2011 - 13 с.

Методические указания к лабораторной работе «Определение полезной мощности и КПД источника постоянного тока» содержит теоретическое введение, описание установки, порядок вы­полнения работы, в которой исследуются основные параметры контура, вопросы для допуска и защиты работы. Для определения параметров кон­тура используется осциллограф.

Для студентов 1-2 курсов технологических специальностей.

УДК 53 (075.8)

Московский государственный университет дизайна и технологии, 2011

Лабораторная работа №63

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И КПД ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Цель работы: опытным путем изучить зависимость полезной мощности и КПД источника постоянного тока от величины сопротивления внешней цепи (сопротивления нагрузки).

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, миллиамперметр, вольтметр, два магазина сопротивлений, два ключа, провода.

Теоретическое введение:

Электрический ток. Основные характеристики и законы

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. Обычно такое движение зарядов происходит в проводнике, т.е. веществе (материале), имеющем в своем составе заряженные частицы, способные свободно передвигаться под действием электрического поля. Такие частицы, называемые носителями тока, могут иметь различный по знаку и численному значению заряд. За направление тока принято направление движения положительных зарядов. В самых распространенных проводниках - металлах носителями тока являются электроны, имеющие заряд — 1. Поэтому направление тока в металлических проводниках противоположно направлению движения электронов.

Для описания и количественной характеристики тока используют следующие величины:

• Ток или сила тока I Это скалярная величина, измеряемая отношением заряда dq, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени dt его прохождения, т.е.:

Если за любые равные промежутки времени через сечение проводника проходят равные количества заряда, то ток называется постоянным, и

.

В СИ ток z измеряется в амперах (А).

• Плотность токаЭто векторная величина, измеряемая отношением тока di текущего по проводнику к площади его поперечного сечения ds, перпендикулярного направлению тока, т.е.:

При равномерном распределении тока по поперечному сечению проводника =i/s.

Плотность тока можно записать в виде:

= q_on (3)

где qo заряд каждого носителя, которые осуществляют ток в данном

проводнике, п — концентрация носителей электрических зарядов; — скорость их направленного перемещения в проводнике. Из соотношения (3) видно, что плотность тока является векторной величиной, направление

которой определяется направлением вектора в данной точке проводящего пространства, в отличие от величины I, которая является

скалярной величиной. Кроме того, плотность тока j является дифференциальной характеристикой, поскольку показывает ток через малую площадь проводящего пространства, а в пределе может быть отнесена к точке этого пространства.

В СИ плотность тока измеряется в единицах А/м .

Для существования электрического тока необходимо, чтобы в пространстве имелись: свободные электрические заряды и электрическое поле, силы которого сообщили бы им направленное перемещение. Для существования электрического поля в проводнике необходимо, чтобы на концах проводника

была разность потенциалов. Тогда электрические силы поля переместят по проводнику (или проводящему пространству) заряд из области большего потенциала в область меньшего потенциала (рис.1).

Перемещение заряда, т.е. ток, будет проходить до тех пор, пока потенциалы проводников М и N не сравняются. Для возобновления тока надо каким-либо способом снова создать на проводнике М потенциал , больший потенциала проводника N. Ясно, что создание этой разницы потенциалов не может быть осуществлено за счет электрических сил, т.к. они могут перемещать заряд только в направлении от большего потенциала к меньшему. Следовательно, возобновление разности потенциалов на концах проводника возможно только за счет работы сил неэлектрического происхождения, называемых сторонними.

Устройства, в которых за счет работы сторонних сил создается разность потенциалов, называются источниками тока. В зависимости от природы сторонних сил источники могут быть: химические (гальванические элементы, аккумуляторы, сухие элементы), тепловые (термоэлементы), механические (динамо-машины) и др.

Для того, чтобы ток существовал длительное время, необходимо, чтобы была составлена цепь, содержащая проводники, источник тока и обязательно была замкнута.

Закон Ома для участка цепи.

Для металлических проводников экспериментально установлена зависимость между током I, текущем по проводнику, и напряжением U, приложенным к его концам. Эта зависимость отражена в законе Ома, который гласит, что ток

в проводнике прямо пропорционален приложенному к его концам напряжению, т.е. I = U, где а — электропроводность данного проводника, которая для этого проводника является постоянной величиной. Величина, обратная электропроводности, т.е. R= l/, называется электрическимсопротивлением, или просто сопротивлением проводника. Закон Ома пишется в виде: I = U/R. Графически закон Ома представляет собой прямую, проходящую через начало координат (рис. 2).

Тангенс угла наклона а зависит от электропроводности проводника. Тогда tg = ΔI/ΔU=; R = ctg. В общем виде функция, выражающая зависимость тока в проводнике от приложенного к нему напряжения I=f(U) называется вольтамперной характеристикой данного проводника.