- •Лабораторная работа № 4-1 исследование зависимости полезной мощности и коэффициента полезного действия источника тока от силы тока и внешнего сопротивления
- •1. Теоретическая часть
- •1.1. Основные величины и соотношения теории электрического тока
- •1.2. Зависимость полезной мощности источника электрического тока от силы тока и внешнего сопротивления
- •2. Экспериментальная часть
- •2.1. Цель работы
- •2.2. Приборы и оборудование
- •2.3. Порядок проведения измерений
- •2.4. Обработка результатов измерений
- •Литература
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Одесская национальная морская академия
Кафедра физики и химии
Лабораторная работа № 4-1
Исследование зависимости полезной мощности и коэффициента полезного действия источника тока от силы тока и внешнего сопротивления
УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ
Составили: В.И. Михайленко,
А.А.Горюк,
Ф.А.Птащенко
Утверждено на заседании кафедры,
протокол № 2 от 29 сентября 2011 г.
Одесса – 2011
Лабораторная работа № 4-1 исследование зависимости полезной мощности и коэффициента полезного действия источника тока от силы тока и внешнего сопротивления
1. Теоретическая часть
1.1. Основные величины и соотношения теории электрического тока
Для понимания данной лабораторной работы необходимо иметь элементарные знания из теории электрического тока, которые приведены ниже.
Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных микрочастиц. Направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов (ток в металлах обусловлен движением электронов, и его направление противоположно направлению движения электронов).
Сила тока I численно равняется заряду, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени
, |
(1*) |
или , если ток постоянный. Единица измерения силы тока – ампер:.
Потенциал – энергетическая характеристика поля. Потенциал в данной точке поля численно равняется потенциальной энергии единичного заряда, помещенного в эту точку:
. |
(2*) |
(Потенциал поля в данной точке не зависит от величины пробного заряда – при увеличении заряда увеличивается также его потенциальная энергия, а отношениеостается постоянным). Потенциал измеряется в вольтах:. Один вольт – потенциал такой точки поля, в которой зарядимеет потенциальную энергию.
Если поместить заряд в электрическое поле, то под действием поля заряд будет двигаться, а поле будет выполнять работу. При этом разность потенциалов между двумя точками численно равняется работеэлектростатических сил по перемещению единичного заряда с одной точки в другую.
. |
(3*) |
Рис.1
|
(4*) |
В замкнутом контуре электрическое поле толкает положительный заряд от высокого потенциала к низкому (от „+” к „–”, рис. 1*), а затем сторонние силы (например, химические – в батарейке) снова перемещают заряд в область высокого потенциала (от „–” к „+”). Таким образом, осуществляется кругооборот зарядов в замкнутой цепи постоянного тока. ЭДС измеряется в вольтах.
Электрическое напряжение U численно равняется полной работе, которую выполняют как сторонние, так и электростатические силы по перемещению единичного положительного заряда на некотором участке цепи:
. |
(5*) |
Если на участке цепи источник ЭДС отсутствует, то .
Соотношение между силой тока и напряжением устанавливает закон Ома.
Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока на некотором участке цепи пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению
|
. |
(6*) |
Электрическое сопротивление – величина, которая характеризует противодействие проводника или электрической цепи протеканию тока. Сопротивление измеряется в Омах, . Сопротивление проводника можно определить через его параметры:
.
Здесь – длина проводника,– площадь его поперечного перереза,–удельное сопротивление материала проводника (он численно равняется сопротивлению проводника единичной длины с единичной площадью перереза, по обыкновению измеряется в илиОмм).
Закон Ома для неоднородного участка цепи:
|
|
(7*) |
(он вытекает из определения напряжения (5*) и закона Ома (6*)).
Закон Ома для полной цепи (рис.1):
. |
(8*) |
Здесь – ЭДС,– внешнее сопротивление,– внутреннее сопротивление источника ЭДС (у любого источника ЭДС, например, батарейки есть электрическое сопротивление).
При протекании тока через проводник в нем выделяется тепло (проводник нагревается). Экспериментально было установлено, что количество теплоты ,выделенной в проводнике с сопротивлением , пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени, за которое этот ток проходит:
|
(9*) |
– это закон Джоуля-Ленца. При этом выделяется мощность
. |
(10*) |