ПГУПС
Кафедра физики
Лабораторная работа №201
«Исследование режимов работы генератора электрической энергии»
Выполнил: Юрченко Т.А.
Гр.УПП-2
Санкт-Петербург
2001 год.
Цель работы:
Опытное изучение режимов работы генератора (источника). По измеренной зависимости U(I) нужно получить зависимость Po(I), P(I), h(I) для нескольких значений Е источника и R. Определить режимы с максимальной полезной мощностью, оценить сопротивление источника.
Краткое теоретическое обоснование:
Генератор электрической энергии (источник) характеризуется электродвижущей сило Е и внутренним сопротивлением r . Замкнём источник на сопротивление нагрузки, как показано на рис.
Ток I, текущий в замкнутой цепи. напряжение U. на нагрузке, полная Рo и полезная Р мощность источника, коэффициент полезного действия цепи определяются сопротивлением нагрузка R.
Действительно, позакону Омa для замкнутой цепи ток определяется формулой.
Напряжение на нагрузке
Полная мощность, развиваемая источником
Максимальное значениетока I=ER достигается в режиме короткого замыкания, когда сопротивление нагрузки мало R<<r. При соблюдении этого условия ток практически не зависит от R (I=const(R)) и источник работает в режиме генератора тока. Его КПД мал. Полная мощность генератора тока максимальна и равна
Максимальное значение полезной мощности
достигается, когда сопротивление нагрузки R равно сопротивлению источника r (R=r).При этом условии ток, напряжение, полная мощность и КПД равны половине своих максимальных значений (см.4.1-4.5) I=E/2r ; U=E/2 ; Po=E*E/2r ; h=1/2
Действительно, в максимуме зависимости P(R) первая производная dP/dR равна нулю:
Очевидно, что это достигается при r=R.
Подставляя R=r в выражения (4.1-4.5), получаем значения I, U, Po, P и h, указанные выше.
Таблицы измерений:
Е=1В
U(В) |
I(mA) |
Po(Вт) |
P(Вт) |
КПД(%) |
R=U/I(Ом) |
r(Ом) |
0.25 |
71.2 |
14.04494 |
0.0178 |
25 |
3.511236 |
10.53371 |
0.3 |
69.6 |
14.36782 |
0.02088 |
30 |
4.310345 |
10.05747 |
0.35 |
61.3 |
16.31321 |
0.021455 |
35 |
5.709625 |
10.60359 |
0.4 |
55.1 |
18.14882 |
0.02204 |
40 |
7.259528 |
10.88929 |
0.45 |
50.5 |
19.80198 |
0.022725 |
45 |
8.910891 |
10.89109 |
0.5 |
48.1 |
20.79002 |
0.02405 |
50 |
10.39501 |
10.39501 |
0.55 |
41.7 |
23.98082 |
0.022935 |
55 |
13.18945 |
10.79137 |
0.6 |
39.5 |
25.31646 |
0.0237 |
60 |
15.18987 |
10.12658 |
0.65 |
32 |
31.25 |
0.0208 |
65 |
20.3125 |
10.9375 |
0.7 |
29.9 |
33.44482 |
0.02093 |
70 |
23.41137 |
10.03344 |
0.75 |
22.1 |
45.24887 |
0.016575 |
75 |
33.93665 |
11.31222 |
0.8 |
19.3 |
51.81347 |
0.01544 |
80 |
41.45078 |
10.36269 |
Е=2В
U(В) |
I(mA) |
Po(Вт) |
P(Вт) |
КПД(%) |
R=U/I(Ом) |
r(Ом) |
0.22 |
171.3 |
46.70169 |
0.037686 |
11 |
1.284297 |
10.39113 |
0.5 |
143.4 |
55.78801 |
0.0717 |
25 |
3.48675 |
10.46025 |
1 |
93.9 |
85.19702 |
0.0939 |
50 |
10.64963 |
10.64963 |
1.1 |
87.6 |
91.3242 |
0.09636 |
55 |
12.55708 |
10.27397 |
1.15 |
82 |
97.56098 |
0.0943 |
57.5 |
14.02439 |
10.36585 |
1.2 |
78.3 |
102.1711 |
0.09396 |
60 |
15.32567 |
10.21711 |
1.25 |
72.8 |
109.8901 |
0.091 |
62.5 |
17.17033 |
10.3022 |
1.3 |
68.1 |
117.4743 |
0.08853 |
65 |
19.08957 |
10.279 |
1.35 |
63.1 |
126.7829 |
0.085185 |
67.5 |
21.39461 |
10.30111 |
1.4 |
58.8 |
136.0544 |
0.08232 |
70 |
23.80952 |
10.20408 |
1.45 |
53.9 |
148.423 |
0.078155 |
72.5 |
26.90167 |
10.20408 |
1.5 |
49.3 |
162.2718 |
0.07395 |
75 |
30.42596 |
10.14199 |
Е=3В
U(В) |
I(mA) |
Po(Вт) |
P(Вт) |
КПД(%) |
R=U/I(Ом) |
r(Ом) |
1 |
187.6 |
143.9232 |
0.1876 |
33.33333 |
5.33049 |
10.66098 |
1.1 |
183.1 |
147.4604 |
0.20141 |
36.66667 |
6.007646 |
10.37684 |
1.2 |
171.9 |
157.0681 |
0.20628 |
40.4 |
6.980803 |
10.4712 |
1.3 |
156.1 |
172.966 |
0.20293 |
43.33333 |
8.327995 |
10.89045 |
1.4 |
152.1 |
177.5148 |
0.21294 |
46.66667 |
9.204471 |
10.5194 |
1.5 |
134.3 |
201.0424 |
0.20145 |
50.5 |
11.16902 |
11.16902 |
1.6 |
132.1 |
204.3906 |
0.21136 |
53.33333 |
12.11204 |
10.59803 |
1.7 |
122.1 |
221.1302 |
0.20757 |
56.66667 |
13.92301 |
10.64701 |
1.8 |
112.8 |
239.3617 |
0.20304 |
60.6 |
15.95745 |
10.6383 |
1.9 |
103.2 |
261.6279 |
0.19608 |
63.33333 |
18.41085 |
10.65891 |
2 |
98.4 |
274.3902 |
0.1968 |
66.66667 |
20.3252 |
10.1626 |
2.1 |
86.5 |
312.1387 |
0.18165 |
70.7 |
24.27746 |
10.40462 |
Е=1В
Схема установки:
Выполнение работы:
Измерения выполняются на установке. Ток I измеряется амперметром А на диапазоне 200 мА. Значения напряжения источника Е можно изменять. Значение напряжения на нагрузке U измеряются вольтметром V на шкале 20 В.
1.Закорачиваем клеммы так, чтобы получилась вышеуказанная схема.
2. Запускаем схему с выключенным ключом и измеряем вольтметром ЭДС источника тока.
3. Включаем ключ и, изменяя ЭДС и сопротивление, снимаем протокол измерений.
4. Выключаем схему из сети и разбираем её.
Таблица приборов:
№ приб. |
Наимен. приб. |
Диапа -зон |
Класс точности |
Род тока |
Система приб. |
Рабоч. полож. |
Лабор. № |
1 |
Амперметр |
(0-0.2)А |
0.1мА |
Пост |
Установка |
- |
5 |
2 |
Вольтметр |
(0-20)В |
0.01В |
Пост |
Установка |
- |
5 |
Вывод:
Таким образом, максимальное значение полезной мощности
достигается, когда сопротивление нагрузки R равно сопротивлению источника r (R=r).При этом условии ток, напряжение, полная мощность и КПД равны половине своих максимальных значений (см.4.1-4.5) I=E/2r ; U=E/2 ; Po=E*E/2r ; h=1/2
Это можно получить, анализируя графики и аналитически по формулам.
Расчеты:
Оценим погрешности в точках с максимальной полезной мощностью.
ОшибкиDE, DU, DI находятся по классу точности прибора (так как класс точности неизвестен, то возьмём погрешность отсчёта, то есть половину цены деления прибора). ОшибкиDPo, DP, Dh, DR иDr рассчитываются по формулам погрешности косвенных измерений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.