Измерение полезной мощности и КПД источника постоянного тока в зависимости от нагрузки (Лабораторная работа № 2)

Лабораторная работа 2

Измерение полезной мощности

и КПД источника постоянного тока в зависимости от нагрузки

Цель работы: исследовать зависимость полезной мощности и КПД       источника постоянного тока в зависимости от нагрузки.

Задание 1. Найти экспериментальную функциональную зависимость мощности и КПД от силы тока , . Определить сопротивление источника тока .

Задание 2. Построить зависимости  и  на одном графике и по точке пересечения этих кривых найти оптимальное значение тока для данного источника тока, а также  и .

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, реостат, два ключа, соединительные провода.

Теория метода

Закон Ома для полной цепи имеет вид

 ℰ/,                                           (1)

где  – ток в цепи; ℰ – ЭДС источника тока;  – внешнее сопротивление       цепи (нагрузка);  – внутреннее сопротивление источника тока.

Мощность в данной цепи расходуется в основном на выделение тепла

,                                                (2)

где  – время работы источника тока (ИТ).

Рис. 1. Электрическая схема цепи

Сопротивление реостата (нагрузки) находят по показаниям приборов.

.                                                    (3)

КПД источника тока будет равен

/ ℰ.                                                   (4)

Внутреннее сопротивление источника тока из выражения (1) равно

 (ℰ-)/.                                                (5)

Выполнение работы

Задание 1. Найти экспериментальную функциональную зависимость мощности и КПД от силы тока , . Определить сопротивление источника тока .

1. Замкните ключ K₁, измерьте  источника тока ℰ, данные занесите в табл. 1.

2. Замкните ключ K₂ и, изменяя ток (например, 0,2 А; 0,4 А; 0,6 А; 0,8 А; 1 А; 1,2 А), произведите измерения напряжения U и данные занесите в табл. 1.

3. Рассчитайте сопротивление нагрузки R по формуле (3), КПД источника тока по формуле (4), внутреннее сопротивление источника тока по формуле (5), мощность по формуле P = UI и все данные занесите в табл. 1.

Таблица 1

Номер опыта	Наименование показателей
	ℰ, В	, А	, В	, Ом	, Вт		, Ом	, Ом	, А	, Вт
1
2
3
4
5
6

Задание 2. Построить зависимости  и  на одном      графике

1. Графики ,  постройте в одних координатах, задавая разные масштабы для мощности  и  ( не в %), взяв точку для максимального КПД  = 1 несколько выше максимальной мощности в данной цепи по оси ординат (на рис. 2 P_max = 4 Вт).

 

Рис. 2. Примерные графики зависимости  и

По точке пересечения графиков определите оптимальный ток ,            когда  и  максимальны (одновременно).

Из графиков сделайте вывод о , , .

Контрольные вопросы

1. Дайте понятия: электрический ток, постоянный ток, переменный ток.

2. Почему R называют «омическим» или «активным» сопротивлением?

3. Дайте понятия: «ток проводимости», «конвекционный ток», «ток смещения»?

4. Что принимают за направление тока?

5. Почему заряды перемещаются в металлических проводниках? Какие заряды? Чему в этот период равна разность потенциалов на зажимах источника тока?

6. Законы Ома: для однородного участка, в дифференциальной форме, для полной цепи и для неоднородного участка.

7. Что такое плотность тока, проводимость и сопротивление?

8. На что расходуется энергия электрического тока?

9. Что служит нагрузкой для цепи постоянного электрического тока?

10. Роль источника тока. ЭДС источника тока.

11. Ток короткого замыкания. Почему его следует избегать?

12. Формулы для расчета мощности в цепи постоянного тока.

13. Закон Джоуля–Ленца. Применение «джоулева» тепла.

Библиографический список

1. Савельев И. В. Курс общей физики / И. В. Савельев. – М. : Наука, 1982. – Т. 2. – Гл. V. – С. 98–100, 102–104, 107–108. (Постоянный электрический ток. § 31. Электрический ток. § 33. Электрическая сила. § 35. Закон Ома для неоднородного участка цепи)

2. Грабовский Р. И. Курс физики / Р. И. Грабовский. – М.: Высш. шк., 2002. – Гл. XIII. – С. 269–276. (Постоянный электрический ток. Сила тока. Электродвижущая сила. Напряжение. § 85. Ток в металлических проводниках. Сопротивление. Законы Ома. Работа и мощность тока).