Краткая теория

Рис. 1. Эквивалентная схема источника ЭДС с подключённой нагрузкой.

Источник ЭДСЕс внутренним сопротивлениемR_i, нагруженный на внешнее сопротивление нагрузкиR_н, создает в цепи ток

. (1)

Эквивалентная схема такого источника имеет вид, показанный на рис. 1.Полная мощностьP = Е×I, развиваемая источником, делится между нагрузкойR_ни источникомR_iв том же отношении, что и напряжение:

, (2)

, (3)

где Р_i – мощность, рассеиваемая внутри источника,Р_н - полезная мощность,выделяющаяся в нагрузке:

, (4)

где U_н – напряжение на сопротивлении нагрузки.

Отношение =P_н/Pопределяет коэффициент полезного действия (КПД) источника.

Полезная мощность источника и сопротивление нагрузки связаны соотношением:

. (5)

Воспользуемся соотношением (1) и получим:

=(6)

Исследование формулы (6) показывает, что с увеличением внешнего сопротивления R_нот нуля (режим короткого замыкания) до бесконечности (цепь разомкнута) напряжениеU_нна нагрузке возрастает от нуля до значения, равного ЭДС, а ток в цепи уменьшается от величиныI_к.з.=Е/R_i(при коротком замыкании цепи), до нуля. Полезная мощностьР_нравна нулю как при коротком замыкании, так и при разомкнутой цепи.

Максимальное значение полезной мощности Р_н.maxдостигается при равенстве сопротивлений нагрузки и внутреннего сопротивления источника ЭДС, т.е. приR_н=R_i. В случае такого равенства сопротивлений получаем в цепи согласованный режим источника и нагрузки, при котором, как легко показать,P_н.max=Е²/4R_i. Полная мощностьРс увеличением сопротивления нагрузки уменьшается и в режиме согласования составляетР=Е²/(2R_i) - это половина мощности, развиваемой источником в режиме короткого замыкания (P_к.з. =Е²/R_i).

Внешнее напряжение источника U_нв режиме согласования равно половине ЭДС: КПД источникав этом режиме составляет 0,5.

Практическая часть Описание экспериментальной установки.

Схема установки изображена на рис. 2.

Рис. 2. Схема установки.

В качестве исследуемых источников G₁ иG₂ применяются щелочные аккумуляторы. Напряжение и ток измеряются вольтметром и амперметром постоянного тока. В качестве нагрузки используется магазин сопротивленийR_н .

Измерения и обработка результатов:

Собрать электрическую схему, показанную на рис. 2.

1. Переключателем K₁включить источникG₁и, не замыкая ключаK₂, измерить вольтметром ЭДС (Е₁) источникаG₁.

2. Затем ключом K₂подключить к источникуG₁нагрузкуR_ни, изменяя сопротивлениеR_нот максимального до наименьшего значения (не менее 10 точек), измерить токIи напряжениеU_н.Замечание: во избежание сильного нагревания источника ЭДС, измерения при малых сопротивлениях R_н производить быстро.

3. Записать результаты измерений в таблицу 1.

Таблица 1

Е В	№ п\п	Rн, Ом	I А	Uн В	Р, Вт	Рн, Вт		Rн/Ri
	1 2 3

4. Переключателем K₁включить источникG₂ и повторить измерения для него согласно п.п. 1-3.

5. Вычислить для каждого значения тока Iи напряженияU_нполную мощностьР, полезную мощностьР_н, КПДи отношениеR_н/R_i=U_н/(E –U_н) для обоих источников.

6. Построить графики следующих функций:

P_н=f(R_н/R_i),P=f(R_н/R_i),=f(R_н/R_i) иP_н=f(I).

7. По полученным данным определить для каждого источника мощность короткого замыкания P_к.з.и внутреннее сопротивление источникаR_i.

8. Провести математическую обработку результатов измерений, определить погрешности прямых и косвенных измерений и доверительную вероятность.

9. Записать значения Р_к.зиR_iв стандартной форме.