пмрапп. Лабораторная работа 21 Изучение работы источника напряжения Цель Изучение работы источника напряжения
 Скачать 77.5 Kb.
|
Лабораторная работа № 4.21Изучение работы источника напряженияЦель: Изучение работы источника напряжения. Приборы и принадлежности: Блок генератора напряжений ГН1, блок амперметра-вольтметра АВ1, стенд с объектами исследования С3-ЭМ01, соединительные провода. Краткие теоретические сведения Принципиальная схема работы любого источника напряжения приведена на рис. 1, где ЭДС источника, r его внутреннее сопротивление, R сопротивление внешней цепи (нагрузка). По закону Ома для замкнутой цепи сила тока   . (1)Из закона Ома для однородного участка вытекает выражение для напряжения на нагрузке  . (2)Выражая из (1) сопротивление R и подставляя в (2) получим зависимость напряжения на нагрузке от силы тока в цепи  (3) (физический смысл последней формулы очевиден ЭДС, действующая в контуре, равна сумме падений напряжений во внешней части цепи и на внутреннем сопротивлении источника). Из последней формулы видно, что данная зависимость является линейной (ее график приведен на рис.2, нанесенные на рисунке кресты обозначают экспериментальные данные, которые в идеальном случае все должны лежать на прямой, но из-за погрешностей эксперимента такое случается редко). Также видно, что при I = 0; UR = , а при UR =0; I=IКЗ, где IКЗ =ε/r – ток короткого замыкания. Данные свойства зависимости (3) лежат в основе одного из методов экспериментального определения ЭДС источника и его внутреннего сопротивления. Для этого строится график зависимости напряжения на нагрузке от силы тока, который экстраполируется до пересечения с осями. Точка пересечения с осью напряжений дает значение ЭДС. Точка пересечения с осью тока дает ток короткого замыкания IКЗ, который позволяет найти (при известной ЭДС) внутреннее сопротивление по формуле  .П  олезная мощность, развиваемая источником, (мощность, выделяемая на нагрузке R)  . (4)График зависимости PR(R) приведен на рис. 3. Он представляет кривую, начинающуюся из нуля, возрастающую до максимума, а затем опять спадающую до нуля при R = . Для определения сопротивления RMAX обеспечивающего максимальную мощность необходимо взять производную от (4) по R и приравнять ее к нулю. Максимальная мощность во внешней цепи выделяется при внешнем сопротивлении равном внутреннему сопротивлению источника  (5) . (6)где  -максимальная мощность в цепиЗависимость (5) позволяет определить внутреннее сопротивление еще одним способом построив зависимость мощности, выделяемой во внешней части цепи, от величины нагрузки и определив сопротивление, обеспечивающее максимум мощности. Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение мощности выделяемой во внешней цепи PR =IUR к полной мощности развиваемой источником P = I  . (7)Из последней формулы видно, что в случае выделения полезной максимальной мощности КПД источника равен 0.5. Порядок выполнения работыП  ринципиальная электрическая схема, используемая в лабораторной работе, приведена на рис.4. В качестве источника ЭДС используется генератор регулируемого постоянного напряжения блока ГН1 с включенным внутренним сопротивлением (кнопка Rвн должна быть нажата). Переменное сопротивление находится на стенде с объектами исследования С3-ЭМ01.1. Соберите схему (рис. 4). 2. Изменяя переменное сопротивление R(от 100 до 1500 Ом) вращая регулятор потенциометра на блоке сопротивлений, снимите зависимость напряжения UR и силы тока в цепи I от величины сопротивления R. Результаты занесите в таблицу 1. 3. По данным таблицы постройте зависимость напряжения на нагрузке UR от силы тока в цепи согласно примеру изображенному на рис. 1. Экстраполируя график до пересечения с осями определите ЭДС источника 1, ток короткого замыкания IКЗ. По формуле  определите внутреннее сопротивление источника r1. Результаты занесите в таблицу 1.4. По формуле (6), используя значения 1 и r1, определите теоретическое значение максимальной мощности во внешне цепи PMAX1. Результат занесите в таблицу 1. 5. Используя данные таблицы 1, определите мощность, выделяемую во внешней цепи по формуле: PR=IUR при каждом сопротивлении нагрузки R. Результат занесите в таблицу 1. По данным таблицы постройте график зависимости PR от R согласно рис. 3. По графику определите максимум мощности и соответствующее ему сопротивление Rmax, определите внутреннее сопротивление источника r2 по формуле  и максимальную мощность во внешней цепи PMAX2 по графику. Результаты занесите в таблицу 1.6. Отключив внутреннее сопротивление генератора с помощью кнопки «Rвн», определите его ЭДС 2. Для этого подключите вольтметр к выходам ГН1. Запишите полученный результат в таблицу 1. Сравните значения ЭДС , внутреннего сопротивления r и полезной максимальной мощности PMAX полученные разными методами. Объясните возможное несовпадение результатов. Таблица 1
Контрольные вопросыСила тока и напряжение в электрической цепи. Законы Ома. Мощность выделяемая в электрической цепи. Закон Джоуля Ленца. Принцип определения э. д. с. в данной лабораторной работе. Принцип определения внутреннего сопротивления в данной лабораторной работе. К. П. Д. источника напряжения. |