
Электричество / 2 Исследование режимов работы источника электроэнергии
.docСанкт-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 Re, 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 Re:
(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 Re1 и Re2. 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
-
Для десяти значений сопротивления Re (Re задается положением подвижного контакта на реостате) произвести измерения значений силы тока I и напряжения Ut. 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 |
|
|
|
-
Построить графики зависимостей U = f (I) для каждого из исследованных источников питания.
-
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.
-
Определить погрешности измерения ∆U0, ∆U, ∆ R1.
Содержание отчёта
Отчёт оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой ОТФ.
Контрольные вопросы
-
Как можно измерить ЭДС источника питания и чем определяется погрешность измерения ЭДС?
-
Как можно определить внутреннее сопротивление источника питания? Для всех ли источников это сопротивление является постоянной величиной?
-
Чем характеризуется режим короткого замыкания?
-
Чем характеризуется режим холостого хода работы источника питания?