Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный Горный институт

(технический университет) им. Г. В. Плеханова

Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе N5

Исследование электрической цепи

источника постоянного тока.

Выполнила: Нестеренко Е. Г. , группа ИЗ-01-2

Проверила: доцент Смирнова Н.Н.

Санкт-Петербург

2002г.

Цель работы

Определение электродвижущей силы источника тока (ЭДС), внутреннего сопротивления источника тока, исследование зависимостей полезной и полной мощности, развиваемых источником тока и его коэффициента полезного действия(КПД) от нагрузочного сопротивления.

Краткое теоретическое содержание

Явление, используемое в данной работе- изменение магнитного потока кругового тока в пространстве.

Электрический ток - любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные носители.

Постоянный ток - ток, сила тока и направление которого не меняются со временем.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, с другой - наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение.

Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения (сторонних сил). Такие устройства называются источниками тока.

Основной закон, используемый в данной работе - закон Ома. Для однородного участка цепи он выглядит следующим образом:

,

сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Закон Ома для замкнутой цепи:

, где

I – сила тока, А.

R – сопротивление проводника, Ом.

U – напряжение, В.

 - ЭДС (электродвижущая сила), В

r – внутреннее сопротивление, В.

Сила тока – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени. Это количественная характеристика электрического тока.

- это мгновенное значение силы тока, где

dQ – электрический заряд, Кл.

dt – время, за которое заряд проходит поперечное сечение проводника.

Сопротивление – величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току. Для однородного линейного проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление равно:

, где

 - удельное электрическое сопротивление, Ом · м.

S – площадь поперечного сечения, м².

Напряжение – обобщенное понятие разности потенциалов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.

U=₁-₂+₁₂ , где

(₁-₂₎ – разность потенциалов, В.

₁₂ – электродвижущая сила на данном участке цепи, В.

Разность потенциалов – физическая величина, определяемая работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из точки с большим потенциалом в точку с меньшим.

Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом:

, где

A – работа сторонних сил, Дж.

Q – заряд, Кл.

Мощностью называется работа, совершаемая в единицу времени:

- мгновенное значение мощности, [ P ] = Вт

Для замкнутой цепи мощность равна:

P=ε I , где ε – ЭДС, В

I – сила тока, А

Полезной мощностью называется мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении:

,где R – внешнее сопротивление, Ом

U – напряжение на зажимах цепи, В

Полной мощностью называется сумма мощностей, выделяемых на внешнем и внутреннем сопротивлениях:

, где r – внутреннее сопротивление, Ом

R – внешнее сопротивление, Ом

ε – ЭДС источника тока, В

Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение полезной мощности к полной:

Полная мощность достигает свое наибольшее значение при R=0 ( случай короткого замыкания ) и уменьшается при увеличении внешнего сопротивления. Наибольшее значение полезной мощности достигается при R=r.

Основная схема.

- источник тока.

К- ключ.

V- вольтметр.

А- амперметр.

Основные расчетные формулы:

1. Электродвижущая сила источника тока ( ЭДС )

_, где

 - ЭДС, В.

I - сила тока, А

R - нагрузочное сопротивление, Ом

r - внутреннее сопротивление, Ом.

2. Полезная мощность

, [P_полезн] = Вт

3. Полная мощность

, [P_полн] = Вт

4. Коэффициент полезного действия

Результаты измерений и вычислений:

Таблица 1.

N	I	Iср	U	Uср	R	Rср	I	U	ε	 ср.	r	r ср.	Рпнср	Рпзср	ср	Pполн	Рполез	
	мА	А	В	В	Ом	Ом	мА	В	В	В	Ом	Ом	Вт	Вт		Вт	Вт
1	213,2	0,107	0,01	3,47	0,048	44,2	0,1	0,01	6,79	6,86	31,8	31,8	0,73	0,3	0,5	1,45	0,002	0,001
2	162,5		1,62		9,97				6,78		33,5					1,1	0,26	0,24
3	132,3		2,63		19,9				6,84		33,2					0,9	0,35	0,39
4	111,7		3,32		29,7				6,87		33,9					0,8	0,371	0,46
5	96,8		3,82		39,5				6,9		31,1					0,66	0,37	0,56
6	85,1		4,19		49,2				6,89		32,2					0,59	0,36	0,61
7	76		4,48		58,95				6,9		29,6					0,52	0,34	0,65
8	68,6		4,7		68,5				6,88		28,7					0,47	0,32	0,68
9	62,2		4,88		78,5				6,86		32,1					0,43	0,3	0,7
10	57,3		5,04		87,96				6,86							0,39	0,29	0,74