- •Введение измерение физических величин и расчет погрешностей измерений
- •Погрешности измерений
- •Расчет погрешности измерений
- •Случайные погрешности при прямых измерениях
- •Приборные погрешности при прямых измерениях
- •Вычисление погрешностей при косвенных измерениях
- •Правила округления
- •Графическое представление результатов
- •Лабораторная работа № 2.
- •Лабораторная работа № 3 измерение сопротивлений
- •Лабораторная работа № 4. Определение емкости конденсатора баллистическим методом
- •Лабораторная работа № 6 изучение зависимости мощности источника тока от сопротивления нагрузки
- •Лабораторная работа № 13 изучение последовательной цепи переменного тока
- •Лабораторная работа № 14 изучение вольтамперной характеристики полупроводникового диода
- •Лабораторная работа № 3-о
- •Определение длины волны с помощью дифракционной решетки
- •Цель работы. Определение длин волн линий спектра ртутной лампы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Оглавление
Лабораторная работа № 6 изучение зависимости мощности источника тока от сопротивления нагрузки
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследовать зависимость полезной и полной мощности источника тока от сопротивления нагрузки. Определить внутреннее сопротивление и э.д.с. источника тока.
К РАТКАЯ ТЕОРИЯ. Любую цепь постоянного тока схематически можно представить в виде источника тока с электродвижущей силой , внутренним сопротивлением r и внешнего сопротивления R (рис.1). Сторонние силы совершают работу по переносу зарядов внутри источника тока, поддерживая на клеммах источника постоянную разность потенциалов. Силы электрического поля на сопротивлении R совершают работу, которую можно преобразовать в другие виды энергии. При токе I выделяется полезная мощность (мощность тока):
. (1)
Работа электрических сил на внутреннем сопротивлении источника преобразуется в теплоту. Мощность потерь будет:
. (2)
Для мощности источника имеем:
. (3)
Исключая из (1) силу тока, получим явную зависимость полезной мощности от сопротивления. Согласно закону Ома для замкнутой цепи:
. (4)
Из выражения (1) следует:
. (5)
Полезная мощность источника изменяется от нуля при R 0, проходит через максимум при
Rmах = r, (6)
а затем убывает, стремясь к нулю при R. Максимальное значение полезной мощности определяется из соотношения:
. (7)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Зависимость мощности от внешнего сопротивления определяется в цепи, приведенной на рисунке 2. В качестве нагрузки источника тока используется магазин сопротивлений. На выходных клеммах можно получить сопротивление до 10 кОм с шагом 0,01 Ом. Его значение определяется положением 6‑ти декадных переключателей магазина.
И зменение величины R следует проводить при разомкнутом ключе. Ключ замыкается только на время проведения измерения. Установив требуемое значение сопротивления, измеряют амперметром силу тока. Значения R, I записывают в виде таблицы. По данным таблицы вычисляются P, Pe Pп.
Диапазон вариации R для исследования следует из анализа выражения (4). При R = 0 ток максимальный – I0. Изменяя R, можно добиться тока, равного 0,25I0. Найденное таким образом значение R можно принять за верхнюю границу диапазона.
ЗАДАНИЕ
Собрать цепь согласно рис.2. Изучить устройство магазина сопротивлений
Снять зависимость тока I от внешнего сопротивления R. Результаты занести в Таблицу. Рассчитать полезную мощность по формуле (1) и построить график зависимости Рп = f(R).
По графику определить Рп мах и внутреннее сопротивление r = Rмах. Рассчитать электродвижущую силу источника тока (формула 7).
Используя найденное значение внутреннего сопротивления r, рассчитать значения мощности потерь в зависимости от сопротивления нагрузки R по формуле (2) и изобразить на графике кривую Ре =f(R).
Используя найденное значение электродвижущей силы источника , рассчитать значения мощности источника в зависимости от сопротивления нагрузки R по формуле (3) и изобразить на графике кривую Р = f(R).
Сравнить полученные кривые и сформулировать выводы.
Таблица
R, Ом |
I, … |
I2 |
Pп, … |
Pе, …т |
P, … |
0 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
Что называется полезной и полной мощностью? Написать формулы для получения этих величин.
На основании формулы (5) вывести соотношения (6) и (7).
Сопротивление амперметра входит в R или r?
Как рассчитать э.д.с. и внутреннее сопротивление батареи из нескольких одинаковых источников тока, соединенных: а) последовательно; б) параллельно?
Как изменяется к.п.д. источника тока в зависимости от R? Провести анализ зависимости к.п.д. = f(R).
Какое соотношение можно записать для сопротивлений R1 и R2, при которых полезная мощность одинакова?
ЛИТЕРАТУРА.
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш.шк., 1985., §§ 95-99.
2. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика, М.:”Наука”, 1998, Гл.V, §§ 31-38.
3. Практикум по общей физике. Под ред. проф. В.Ф.Ноздрева. М., «Просвещение», 1971, Гл.III, С.184.