Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь по схеме

R

~ K

2. Замкнуть ключ и реостатом Rустановить на лампе максимальное напряжение (220 В).

3. Записать в таблицу показания амперметра и вольтметра.

4. Далее при помощи реостата уменьшают напряжение на 20 В и записывают значения силы тока и напряжения.

5. Повторяют такие измерения до минимального возможного значения напряжения (20 В)

6. Находят для каждого измерения сопротивления лампы по формуле и вносят эти значения в таблицу.

7. По полученным результатам измерений и вычислений построить график зависимости сопротивления от напряжения.

8. Экстраполируя график до пересечения с осью сопротивления, находят значение сопротивления при.

R

U

9. Подставив значения (при наивысшем напряжении) ив формулу (2), можно приближенно найти рабочую температуру нити лампы накаливания.

Таблица

№	U, В	I, A	R, Ом

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой ток в металлах?

2. Запишите и поясните формулу, выражающую зависимость сопротивления от температуры.

3. Объясните на основании классической теории электропроводности, почему сопротивление металлов растет с увеличением температуры.

4. Дайте определение термического коэффициента сопротивления.

5. Запишите и сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи, для замкнутой цепи, для неоднородного участка цепи.

6. Запишите формулу, выражающую зависимость сопротивления проводника от его длины, площади сечения, материала.

Литература

1. Курс общей физики А.С. Шубин

2. Курс общей физики ч.2 И.В. Савельев

3. Курс физики Р.И. Грабовский

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И КПД

ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ ЕГО НАГРУЗКИ

Цель работы: исследовать зависимость полезной мощности и кпд источника тока от нагрузки.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, реостат, 2 ключа.

Теоретическое введение

Электрическая цепь, как правило, состоит из источника тока, подводящих проводов и потребителя тока или нагрузки. Каждый из этих элементов цепи обладает сопротивлением. Сопротивление подводящих проводов обычно очень мало, поэтому им можно пренебречь. Согласно закона Ома для замкнутой цепи ток I в цепи

,

где R – сопротивление нагрузки;

r – сопротивление источника тока;

Е – электродвижущая сила источника тока.

Полная мощность N, развиваемая источником тока и выделяемая во всей цепи, равна:

N=IE (1) или

В нагрузке выделяется только часть этой мощности, которую мы называем полезной мощностью:

(2)

или , (3)

где U – напряжение на нагрузке,

R – сопротивление нагрузки.

Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой э.д.с. в цепи:

(4)

Формулы (2) и (4) являются расчетными для полезной мощности и кпд источника тока.

Подставив в формулу (4) выражения U=IR и E=I(R+r), получим формулу, выражающую зависимость кпд от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока:

(5)

Из этой формулы следует, что кпд будет тем больше, чем больше сопротивление нагрузки R по сравнению с сопротивлением r источника тока. Поэтому сопротивление источника тока стремятся делать как можно меньшим.

Найдем соотношение между R и r, при котором полезная мощность, отбираемая от данного источника тока, будет наибольшей. Для этого продифференцируем формулу (3) для полезной мощности поR и приравняем производную к нулю:

Отсюда находим, что имеет максимум приR = r (другое решение соответствует минимуму полезной мощности). Следовательно, чтобы отобрать от данной э.д.с. наибольшую полезную мощность, нужно взять сопротивление нагрузкиR, равное сопротивлению r источника тока. Согласно формуле (5) кпд в этом случае составляет 50%.