Лабораторна робота № 2–4

Лабораторна робота № 2–4

ВИВЧЕННЯ ДЖЕРЕЛА СТАЛОЇ ЕРС

Мета роботи: експериментальне дослідження джерела постійної ЕРС (електрорушійної сили).

Обладнання: джерело постійної ЕРС, зовнішній опір , амперметр.

Теоретичні відомості

Течія струму в колі, зображеному на рис. 1 описується рівнянням:

, (1)

де: - ЕРС джерела; – змінюваний опір зовнішнього кола; – внутрішній опір джерела; – сила струму в колі. В іншому, більш зручному вигляді формула (1):

. (2)

Рівняння (2) описує лінійну залежність оберненого струму від опору навантаження (рис. 2), причому кутовий коефіцієнт прямої визначається величиною оберненої ЕРС - , а відсічка на осі ординат – відношенням внутрішнього опору до ЕРС . Позначимо відсічку через , а кутовий коефіцієнт прямої – через .

З прикладу на рис. 2 видно, що:

, (3)

, (4)

Величини і визначаються за графіком експериментальної залежності:

. (5)

Повна потужність, що виділяється в колі дорівнюватиме:

. (6)

Найбільшого значення потужність сягає при струмі короткого замикання :

, (7)

При збільшенні потужність падає, наближаючись асимптотично до нуля при необмеженому збільшенні .

Потужність, що виділяється в зовнішній частини кола (навантаженні), дорівнюватиме:

. (8)

Найбільшого значення потужність досягає при . Щоб переконатися в цьому, достатньо взяти похідну від по зовнішньому опору :

, (9)

Після перетворень формула (9) набуває такого вигляду:

, (10)

Критичну точку можна знайти з умови , звідки випливає, що , що й необхідно було довести.

З співвідношення (10) видно, що при переході через критичну точку , похідна змінює знак (з “+” на “-”). Отже, в цій точці функція має максимум. Відповідно в граничних точках:

та . (11)

Максимальна потужність джерела буде:

, (12)

Отже, максимальна потужність джерела дорівнюватиме чверті потужності при короткому замиканні.

Коефіцієнт корисної дії визначається відношенням потужності , що виділяється в зовнішній частині кола, до всієї потужності :

, (13)

При коефіцієнт корисної дії . Із збільшенням опору ККД зростатиме, наближаючись до одиниці при необмеженому збільшенні . Проте, при цьому потужність, що виділяється в зовнішній частині кола падає до нуля, і тому умова максимуму ККД з практичної точки зору не цікава.

Опис експериментальної установки

Схема лабораторної установки наведена на рис. 1.

– змінюваний опір (зовнішнє навантаження).

Проведення експерименту

1. Змінюючи зовнішній опір , вимірюють силу струму не менше 10 разів.

NB! повинна приймати ряд значень: менших, більших і рівного (з інтервалом порядку 100-150 Ом).

2. Отримані дані занести в таблицю № 1.

Таблиця № 1

№	,Ом	,А	,А-1	,В	,Ом	,Вт	,%

Обробка результатів

1. За експериментальними даними розрахувати значення .

2. Побудувати графік залежності від .

3. За графіком визначити кутовий коефіцієнт (див. приклад на рис. 2).

4. За формулами (3) і (4) визначити ЕРС джерела струму і внутрішній опір .

5. Розрахувати значення потужності , що виділяється на навантаженні за формулою (8), і коефіцієнт корисної дії за формулою (13).

6. Побудувати графік залежності і від зовнішнього навантаження .

7. Розрахувати максимальне значення за формулою (12).

8. Результати розрахунків занести в таблицю № 1.

9. Оцінити похибки визначення ККД і корисної потужності джерела .

10. За даними розрахунків та з графіків зробити висновки.

Контрольні питання

1. Яку величину називають корисною потужністю по відношенню до джерела? Як її визначити?

2. Вивести умову, при якій корисна потужність джерела приймає максимальне значення.

3. Пояснити графік залежності корисної потужності від величини опору зовнішнього кола.

4. Що називають коефіцієнтом корисної дії джерела струму?

Література

1. Уродов В.И., Стрижнев В.С. Практикум по физике. – Минск: Изд-во «Вышэйшая школа», 1973. – С. 116-122.

2. Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальна фізика: у 3-х кн. Кн. 2. Електрика і магнетизм. – К.: Вища шк., 1995. – C. 95-99.

3. Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики. У 2-х кн. Кн.1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. – К.: Либідь, 2001.– С. 268-271, С. 275-277.

4. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1985. – С. 126-142.

5. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х томах. Т.2. Электричество.– М.: Наука, 1987. – С. 102-104, С. 111-113.

6. Д.В.Сивухин. Общий курс физики, т.3. – М.: Наука, 1989.

7. Павленко Ю.Г. Начала физики. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1986. – С. 314-325.

8. Фізичний практикум, ч.1.: Посібник (В.П.Дущенко, В.М.Барановський та інші). – К.: Вища школа, 1981.

стор. 3 з 3