Лабораторна робота еп 10
ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОРИСНОЇ ПОТУЖНОСТІ
ТА ККД АКУМУЛЯТОРА ВІД НАВАНТАЖЕННЯ
Мета й завдання роботи: дослідити залежності корисної потужності та ККД джерела від сили струму в колі.
Основні теоретичні відомості
Корисну потужність, розсіювана на опорі R у зовнішньому колі, визначають як
Pк = IU = I2 R. (ЕП 10.1)
Сила струму в електричному колі, схема якого показана на рис. 1, дорівнює
I =
.
(ЕП 10.2)
Тоді
.
(ЕП 10.3)
ЕРС та внутрішній опір r джерела напруги − постійні величини. Тому корисна потужність є функцією тільки зовнішнього опору R.
Із формули (ЕП 10.3) видно, що при R=0 та розімкненому колі (R => ) скінченній величині R корисна потужність дорівнює нулю, а при Рк > 0. Для знаходження максимального значення корисної потужності прирівняємо до нуля першу похідну функції Рк = f (R):
=0.
(ЕП 10.4)
З формули (ЕП 10.4) маємо
R = r . (ЕП 10.5)
Тобто корисна потужність батареї є найбільшою, коли зовнішній опір кола дорівнює внутрішньому опору батареї:
Рк
макс
.
(ЕП
10.6)
ККД батареї
.
(ЕП
10.7)
Як видно з формули (ЕП 10.7), = 1 при R => , а І = 0, тобто при розімкненому колі. При R => 0 (коротке замикання) = 0. При R = r, коли джерело розвиває максимальну корисну потужність, = 50 % (рис. ЕП 10.2).
Прилади
та обладнання:
акумуляторна батарея, амперметр,
високоомний вольтметр, реостат, ключ.
Порядок виконання роботи та опрацювання результатів
1. Зібрати електричне коло за схемою рис. ЕП 10.1.
2. Виміряти високоомним вольтметром ЕРС джерела при розімкненому колі.
3. Замкнути ключ ввівши весь опір реостата. Зняти показання амперметра та вольтметра.
4. Збільшувати силу струму із кроком 0,2 А та фіксувати відповідні значення напруги. Показання записувати у таблицю.
-
№ порядку
І, А
U, В
Рк, Вт
, %
1
2
,,,
n
5. Обчислити для кожного значення сили струму величини Рк та .
6. Побудувати графіки залежності корисної потужності та ККД від сили струму.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що таке ЕРС джерела?
2. Чому в роботі слід користуватися високоомним вольтметром?
3. Джерело з яким внутрішнім опором − великим чи малим − вигідніше в експлуатації?
4. Що означає коротке замикання джерела струму?
Література: [1, §9.1 – 9.4; 2, § 106, § 109 ]
Лабораторна робота ЕП 11
ДОСЛІДНА ПЕРЕВІРКА ПРАВИЛ КІРХГОФА
Мета й завдання роботи: перевірити дослідним шляхом правила Кірхгофа, ознайомитись з поняттям ”розгалужені електричні кола”.
Основні теоретичні відомості
Просте замкнуте електричне коло розраховують за допомогою закону Ома. Якщо розгалужене коло не можна звести до простого, то для розрахунку в таких колах електричних величин (опорів, сил струмів, напруг, ЕРС) застосовують правил Кірхгофа.
У розгалужених електричних колах виділяють такі їх елементи, як вузли, гілки та замкнуті контури. Вузол – точка, в якій сходяться не менше трьох провідників. Гілка – елемент кола між двома сусідніми вузлами, через який проходить один і той самий струм. Замкнений контур – частина електричного кола, з кількома гілками, уздовж яких можна зробити замкнений обхід.
Перше правило Кірхгофа: алгебраїчна сума сил струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю:
,
(ЕП 11.1)
де n – кількість струмів, що сходяться у вузлі.
Струми, що входять у вузол, вважають додатними, що виходять, від’ємними. Напрямки струмів вибирають довільно.
Друге правило Кірхгофа: алгебраїчна сума спадів напруги на всіх опорах будь-якого замкненого контуру розгалуженого кола дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС, що діють в цьому контурі:
,
(ЕП 11.2)
де m – кількість гілок у контурі; p – кількість джерел струму в контурі.
Для застосування другого правила Кірхгофа вибирають довільно напрямок обходу контуру (за стрілкою годинника або проти). Тоді спад напруги ІіRi беруть додатним, якщо напрямок відповідного струму збігається з вибраним напрямком обходу контуру. ЕРС Еі беруть додатною, якщо при обході контуру у відповідному джерелі струму рухаємося від негативного полюса до позитивного.
Прилади та обладнання: три магазини опорів, два джерела струму, три міліамперметри, два ключі, вольтметр, з’єднувальні провідники.