Коэффициент полезного действия (кпд) источника

Коэффициент полезного действия источника  равен отношению полезной мощности, выделяемой во внешней цепи, к полной мощности, развиваемой источником:

 = W/W₀ . (7)

Подставляя в формулу (7) вместо значений мощностей их выражения через ток, напряжение, ЭДС или сопротивления, получим для кпд ряд важных соотношений:

- зависимость от напряжения

 = ( UI ) / ( Iε ) = U / ε; (8а)

- зависимость от внешнего сопротивления

 = = ; (8б)

- зависимость от силы тока

 = (ε-Ir) /ε = 1 - I( r/ε). (8в)

Из соотношения (8в) видно, что  при увеличении тока линейно уменьшается от 1 (при I = 0) до 0 (при I = ε /r, т.е. при токе короткого замыкания). Хотя кпд и равен 1 при I = 0, но никакого практического значения такой режим, очевидно, не имеет, так как полезная мощность при этом равна нулю. При условии R = r, как следует из выражения (8б), кпд равен 50%. Ясно, что такой режим работы для источника тока энергетически не выгоден (рис. 2), так как половина полной мощности выделяется внутри источника. Поэтому работу источников тока рассчитывают таким образом, чтобы кпд был порядка 80% – 90%. При этом, как следует из соотношения (8а), напряжение на зажимах источника будет достаточно близко к значению ЭДС этого ис­точника.

Порядок выполнения работы

В данной работе предлагается экспериментально получить внешнюю характеристику предложенного источника тока, а также проверить на опыте зависимости полной, полезной, потерянной мощностей, а также кпд от тока нагрузки. При этом чтобы не перегружать исследуемые источники токами, превышающими их номинальные, в схеме (рис. 3) предусмотрено искусственное увеличение внутреннего сопротивления r.

Для исследования источника тока:

1. Соберите схему на рис. 3. Последовательно с источником подключите добавочное "внутреннее" сопротивление r₀. Параметры источника тока и сопротивление реостата R задает преподаватель. Амперметр и вольтметр подберите самостоятельно.

2

Рис. 3.

. Не замыкая ключ К, измерьте ЭДС источника вольтметром V.

3. Введите полностью реостат R, замкните ключ К.

4. Сделайте 10-15 измерений тока и напряжения, постепенно выводя реостат и увеличивая последовательно силу тока до максимального значения.

5. Данные измерений занесите в таблицу. Вычислите для каждого значения тока внешнее сопротивление R, полную W₀ , полезную W, потерянную W₁ мощности и кпд  источника.

6. Для всех величин, указанных в таблице, постройте графики их зависимости от тока I. Графики W(I), W₀(I), W₁(I), и (I) постройте на

одном чертеже.

Таблица

№ п/п	I, A	U, B	R, Ом	W0, Вт	W, Вт	W1, Вт	,%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

7. Определите значения ЭДС и внутреннего сопротивления источника, пользуясь экспериментальными графиками мощности и кпд. Сравните полученное значение ε со значением, измеренным с помощью вольтметра.