Обработка результатов измерений

1. Используя данные табл. (6.1), построить зависимость ₁ - ₂ = f (I) (рис. 6.6).

I_K

2. Выделить пунктирными линиями на графике полосу разброса экспериментальных данных.

3. Определить из графика значение разности потенциалов ₁ - ₂, соответствующее значению I = 0, а также ток I_к при условии ₁ - ₂ = 0.

4. Рассчитать значение сопротивления R₀ по формуле

.

5. Определить из графика значения погрешностей определения тока I и разности потенциалов .

6. Сравнить значение (₁ - ₂) со значением ₂, проверив соотношение

(₁ - ₂) -   ₂  (₁ - ₂) + .

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл ЭДС? В каких единицах измеряется ЭДС?

2. В чём сущность измерения ЭДС методом компенсации?

3. Какой физический смысл имеет электрический потенциал?

4. Какое направление принимают за положительное направление тока в цепи?

5. Как определяется знак ЭДС при расчёте электрических цепей?

6. Сформулируйте обобщенный закон Ома в дифференциальной и интегральной формах.

РАБОТА №7

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Цель работы: расчет параметров электрической цепи, исследование зависимости полезной мощности и КПД электрической цепи от сопротивления нагрузки.

Принадлежности:лабораторный модуль.

Теоретическое введение

Простейшая электрическая цепь состоит из источника тока, подводящих проводов и потребителя тока или нагрузки. Источник тока характеризуется электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением. Сопротивление подводящих проводов очень мало, поэтому им можно пренебречь.

Согласно закону Ома для замкнутой цепи



, (7.1)

где ЭДС,rсопротивление источника,Rсопротивление нагрузки.

Напряжение на нагрузке

=<

При R=(т.е. когда цепь разомкнута)Uделается равным. Таким образом, напряжение на зажимах разомкнутого источника равно его ЭДС.

Мощность, развиваемая источником, равна

I (7.2)

Подставив в эту формулу значения тока (7.1), получим полную мощность, выделяемую во всей цепи

²

(7.3)

В нагрузке выделяется только часть этой мощности, называемой полезной мощностью. Величина полезной мощности

²R/(r+R)²(7.4)

Отношение полезной мощности ко всей мощности, развиваемой ЭДС в цепи, определяет коэффициент полезного действия источника тока:

(7.5)

Рассмотрим, как зависит Р_ниот силы токаI, отбираемой от источника. Представим Р_нв виде:

Р_н=Р-Р_r=I-rI²,

т.е. Р_нменяется с изменениемIпо параболическому закону и Р_нобращается в нуль, если:

I(-rI)=0

Это дает два значения тока: I₁=0 иI₂=/r

Первое решение соответствует разомкнутой цепи (R>>r), а второекороткому замыканию (R<<r).

Зависимость отIвыражается формулой:

(I-rI²)/I=1-rI/(7.6)

К.п.д. достигает максимального значения равного 1 в случае разомкнутой цепи (I=0) и затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в ноль при коротком замыкании.

Зависимости Р, Р_ниотIизображена графически на рисунке 7.1.

Видим, что условия получения наибольшей полезной мощности Р_ни наибольшегонесовместимы. Когда Р_ндостигает наибольшего значенияI=/2rи=1/2, когда1 Р_нмала по сравнению с (Р_н)_max, которую мог бы развить источник. На практике важным требованием для силовых электроустановок является получение высокого. Для этого должно быть сопротивление источника мало по сравнению с сопротивлением нагрузки (r<<R). При этом мощность Р_r, выделяемое внутри источника, мала по сравнению с полезной мощностью в нагрузке. В случае короткого замыкания Р_н=0 и вся мощность выделяется внутри источника.

Рис.7.1

Схема установки и методика измерения

Схема электрической цепи представлена на рис. 7.2. Величина тока в цепи регулируется реостатом R. Измерение

Рис. 7.2

тока и напряжения осуществляется микроамперметрами А иVс пределами измеренияI_mи внутренними сопротивлениямиR_A и R_V ПриборVблагодаря дополнительному сопротивлениюR_д используется в качестве вольтметра с пределом измеренияU_m=I_m(R_Д+R_V), а предел измерения прибора А увеличен доI=I_m+I_ш, гдеI_ш- ток в шунтовом сопротивленииR_ш (шунт-ответвление).