vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра Общей и технической физики

(лаборатория электромагнетизма)

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Методические указания к лабораторной работе № 2 для студентов всех специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

УДК 531/534 (075.83)

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ: Лабораторный практикум курса общей физики. Пщелко Н.С., Чернобай В.И. / Санкт-Петербургский горный институт. С-Пб, 2009, 11 с.

Лабораторный практикум курса общей физики по электричеству и магнетизму предназначен для студентов всех специальностей Санкт-

Петербургского горного института.

С помощью учебного пособия студент имеет возможность, в предварительном плане, ознакомиться с физическими явлениями, методикой выполнения лабораторного исследования и правилами оформления лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ практикума проводится студентом индивидуально по графику.

Табл. 2. Ил. 2. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор доц. Н.С. Пщелко

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В. Плеханова, 2009 г.

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Цель работы: 1. Определение внутреннего сопротивления и ЭДС

различных источников электроэнергии. 2. Определение режима согласования источника с нагрузкой. 3. Исследование зависимостей полезной и полной мощности, развиваемых источником тока, и его коэффициента полезного действия (КПД) от нагрузочного сопротивления.

Теоретические основы лабораторной работы

Любые потребители электроэнергии (горные машины, добычное оборудование, осветительные приборы, контрольно-

измерительная аппаратура, электронные устройства и т.д.) получают энергию от источников питания. При этом возникающие в цепи напряжение, сила тока и другие характеристики цепи зависят от параметров как потребителя, так и самого источника. В этой связи представляет практический интерес изучение закономерностей работы источников электроэнергии с нагрузкой (потребителем). Изучение закономерностей протекания этих процессов позволит обобщить приобретенные знания и успешно использовать их как в

потенциалов на клеммах источника оказывается равной . Таким

образом, при разомкнутом контакте К вольтметр регистрирует – величину электродвижущей силы (ЭДС) источника тока.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Погрешность определения величины по данной методике возникает по двум причинам:

1.используемый для измерения вольтметр обладает ограниченной точностью;

2.через источник тока и вольтметр всё же течёт некоторый малый ток, который вызывает падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника, и поэтому показания вольтметра будут несколько меньше величины .

Теперь допустим, что контакт К замкнут. В этом случае через внешнее сопротивление R пойдёт электрический ток, сила

которого определяется законом Ома для замкнутой цепи:

Прохождение электрического тока в цепи вызывает падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока, равное

I R. Поэтому показание вольтметра U будут меньше ЭДС источника

на величину падения на внутреннем сопротивлении:

UI R .

Впоследнем соотношении все величины, кроме внутреннего сопротивления, известны из измерений и поэтому величина R и

падение напряжения на внутреннем сопротивлении, равное I R,

могут быть рассчитаны.

Рассмотрим теперь конкретные режимы работы источника тока. Исходя из закона Ома (1), можно показать, что ток в замкнутой

цепи достигает наибольшего значения, равного I max R , при

R = 0. Этот режим работы источника в режиме короткого

замыкания. Если наоборот, сопротивление внешней цепи R , то

ток асимптотически стремится к нулю. Такой режим называется режимом холостого хода. В этом случае, как было показано ранее, разность потенциалов между клеммами источника равна ЭДС.

Отметим также, что разность потенциалов U на клеммах

источника одновременно является и падением напряжения на внешнем сопротивлении (см. рис. 1) и поэтому по закону Ома для

участка цепи с использованием формулы (1):

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Так как сила тока I и разность потенциалов U измеряются

приборами, задействованными в электрической цепи, то по соотношению (2) может быть определена величина внешнего (нагрузочного) сопротивления R = U/I. Таким образом, по измерениям в режимах разомкнутого и замкнутого контакта K могут

быть определены как параметры источника тока и R, так и величина внешнего сопротивления R.

Рассмотрим также замкнутую электрическую цепь с точки зрения развиваемой источником мощности. Как известно, мощность, выделяемая в виде тепла при прохождении электрического тока

Соотношение (3) определяет полезную мощность, развиваемую источником на внешнем сопротивлении R. Аналогичное соотношение, но с сопротивлением R определяет

мощность, выделяющуюся в виде тепла на внутреннее сопротивление источника.

Полная мощность является суммой полезной мощности и мощности, выделяющейся на внутреннем сопротивлении:

И, наконец, заметим, что коэффициент полезного действия (КПД) источника постоянного тока:

Очевидно, что полная мощность, развиваемая источником тока, достигает максимума в режиме короткого замыкания, т.е. при R = 0. В этом случае вся тепловая мощность выделяется внутри

источника тока на его внутренне сопротивление. С ростом внешнего

5