Санкт-Петербургский государственный горный институт

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики СПГГИ (ТУ)

Лабораторная работа № 2

Исследование режимов работы источника электроэнергии

Рис. 1. Экспериментальная установка для определения напряжения холостого хода и

внутреннего сопротивление источника напряжения.

Санкт-Петербург

2008

Цель работы: 1. Определение внутреннего сопротивления и ЭДС различных источников электроэнергии. 2. Определение режима согласования источника с нагрузкой.

Общие сведения

Реальные источники напряжения могут быть представлены на схеме замещения идеальным источником напряжения с напряжением холостого хода U₀ и внутренним сопротивлением R₁, соединенным с ним последовательно (рис. 2). Если источник напряжения подключен к сопротивлению внешней цепи R_e, то тогда, согласно закону Ома будет протекать ток

(1)

Выходное напряжение определяется выражением:

(2)

Из закона Ома (1) следует, что ток в замкнутой цепи достигает наибольшего значения при . Этот режим работы источника называется режимом короткого замыкания. Если, наоборот, сопротивление внешней цепи , то ток асимптотически стремится к нулю. Такой режим называется режимом холостого хода. В этом случае напряжение U₀ между клеммами источника равно ЭДС.

Разность потенциалов на клеммах источника одновременно является и падением напряжения на внешнем сопротивлении (рис. 2) и поэтому по закону Ома на участке цепи

(3)

Из соотношения (3) может быть определена величина внешнего (нагрузочного) сопротивления R_e:

(4)

Таким образом, если измерены хотя бы два значения силы тока при двух различных внешних нагрузках и соответствующие им напряжения, то формула (4) позволяет найти сопротивление R_e1 и R_e2. Затем, на основе закона Ома для полной цепи (1) составляется два уравнения с двумя неизвестными:

(5)

и из полученной системы уравнений находятся U₀ и R₁.

Рис.2. Схема измерения выходного напряжения и тока

Порядок выполнения работы

1. Для десяти значений сопротивления R_e (R_e задается положением подвижного контакта на реостате) произвести измерения значений силы тока I и напряжения U_t. Рекомендуемый шаг измерения силы тока, отвечающий двух соседним положениям ручки подвижного контакта – 0,1 А. Результаты измерений и расчетов оформляются отдельно для двух исследуемых источников электроэнергии – плоской батареи (белый блок на рис. 1) и электронного источника питания (черный блок на рис. 1) – в виде таблиц по форме:

Номер опыта	I, A	U, B	R, Ом
1 … 10

2. Построить графики зависимостей U = f (I) для каждого из исследованных источников питания.

3. Из системы уравнений (5), написанной на основе закона Ома для полной цепи, при любых двух измеренных значениях тока и внешнего сопротивления найти напряжение холостого хода U₀ (ЭДС) и внутреннее сопротивление R₁ плоской батареи. Сравнить полученное значение U₀ с измеренным значением ЭДС.

4. Определить погрешности измерения ∆U₀, ∆U, ∆ R₁.

Содержание отчёта

Отчёт оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой ОТФ.

Контрольные вопросы

1. Как можно измерить ЭДС источника питания и чем определяется погрешность измерения ЭДС?

2. Как можно определить внутреннее сопротивление источника питания? Для всех ли источников это сопротивление является постоянной величиной?

3. Чем характеризуется режим короткого замыкания?

4. Чем характеризуется режим холостого хода работы источника питания?