Определение ЭДС и внутреннего сопротивление источника тока

 Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Санкт-Петербургский  государственный горный  институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе № 5

По дисциплине:        Общая и техническая физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема:     исследование электрической цепи источника постоянного тока

Выполнил: студент  гр. ИЗ-05-2     ______________    /Рогозина С.А./

                                                                                                     ^{(подпись)                                  (Ф.И.О.)}  

ОЦЕНКА: _____________

Дата: __________________

ПРОВЕРИЛ:           ассистент           _________________      /Чернобай В.И./

                                                                                                      ^{(подпись)                                (Ф.И.О)}           

Санкт-Петербург

2006 год.

Цель работы – определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока; исследовать зависимости полезной и полной мощности, развиваемых источником тока, и его КПД от нагрузочного сопротивления.

Краткое теоретическое содержание

1) Явление, изучаемое в работе: возникновение электрического тока под действием ЭДС источника в замкнутой цепи.

2) Определения:

Работа электрического тока в замкнутой электрической цепи совершается за счет действия сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника и поддерживающих на его выходе постоянное напряжение. Работой тока называют работу сил электрического поля, создающего ток. Отношение работы А_ст, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда называется  электродвижущей силой (ЭДС) источника:

Силой тока называется скалярная величина, равная отношению заряда ∆q, который переносится сквозь площадь поперечного сечения проводника за время ∆t к этому промежутку времени:

Напряжение на концах участка цепи численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из одной точки поля в другую:

Известно также, что количество электричества (заряд) можно подсчитать по формуле:

Для появления и поддержания электротока необходима разность потенциалов .

Если соединить две точки поля с разными потенциалами, то по проводнику потечет ток  I. Разность потенциалов называется электрическим напряжением:

Кроме того, из Закона Ома для участка цепи электрическое напряжение равно произведению силы тока на электрическое сопротивление:

Способность проводника ограничивать силу тока в цепи называют электрическим сопротивлением. Электрическое сопротивление – физическая величина равная отношению напряжения U между концами проводника, являющегося участком цепи, к силе тока I:

Сопротивление зависит от размеров, формы и материала проводника. Для однородного линейного проводника длинной l и площадью поперечного сечения S сопротивление равно:

,

где  - удельное электрическое сопротивление.

Мощность электротока равна отношению работы тока A ко времени t, за которое эта работа была совершена:

Коэффициентом полезного действия (КПД) источника постоянного тока называется величина равная отношению полезной мощности электротока к полной мощности:

,

где P_полезн – мощность, выделяемая в виде тепла при прохождении электротока через сопротивление, определяется законом Джоуля – Ленца:

P_полн является суммой полезной мощности и мощности, выделяющейся на внутреннем сопротивлении:

3) Основные физ. законы:

Закон Ома для замкнутой цепи: сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к суммарному сопротивлению всей цепи

,

где R – внешнее сопротивление цепи;

r – внутреннее сопротивление источника тока.

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по Закону сохранения энергии:

,

используя выражение для работы тока, сформулируем Закон Джоуля – Ленца:

Количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально силе тока, времени его прохождения по проводнику и падению напряжения на нем: