5 лаба. ЛабРабота5.физика. Лабораторная работа 5 Зависимость мощности и кпд источника тока от нагрузки По дисциплине Физика
![]()
|
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ ![]() МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра общей и технической физики Электричество Лабораторная работа №5 Зависимость мощности и КПД источника тока от нагрузки По дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины, согласно учебному плану) Выполнил: студент гр. САМ-21-1 Юнес С.Х. (шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.) Дата: Проверил руководитель работы: (должность) (подпись) (Ф.И.О.) Санкт-Петербург 2022 Цель работыОпределить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока; исследовать зависимости полезной и полной мощности источника тока; определение зависимости КПД источника тока от сопротивления нагрузки. краткое теоретическое содержаниеОсновные определенияЯвление, изучаемое в лабораторной работе – течение электрического тока. ЭДС (Электродвижущая Сила) - это скалярная физическая величина, которая характеризует работу сторонних сил, действующих в электрических цепях постоянного и переменного тока. Внутреннее сопротивление источника тока – количественная характеристика источника тока, которая определяет величину энергетических потерь при прохождении через источник электрического тока. Идеальный источник тока (источник тока) — это идеализированный активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах Идеальным источником напряжения называют активный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от параметров цепи, подключенной к нему, т.е. не зависит от величины тока, протекающего через источник. Электрическая емкость источника — это количество электричества, которое источник тока отдает при разряде в течение определенного времени. Емкость зависит от массы реагентов, запасенных в источнике, и степени их химического превращения. Номинальная емкость элемента означает способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока во внешнюю цепь, и определяет время автономной работы элемента. Энергияэлемента численно равна произведению его емкости на напряжение. Сохраняемость — это срок хранения элемента, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах. Внешний участок цепи составляет вся та совокупность проводников, которая подсоединяется к полюсам источника тока и обозначается R. Внутренний участок цепи – это сам источник тока. При этом источник тока обладает собственным сопротивлением, которое называется внутренним сопротивлением источника и обозначается r. Законы и правила, применённые в лабораторной работеЗакона Ома для замкнутой̆ цепи: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС в цепи и обратно пропорциональна общему сопротивлению цепи. ![]() I – сила тока, А – ЭДС, В R – внешнее сопротивление, Ом r – внутреннее сопротивление, Ом Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в каждом узле любой цепи, равна нулю. Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма произведения тока на сопротивление равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом же контуре. ![]() Схема установки![]() - источник тока К - ключ V - вольтметр А - амперметр R - внешнее сопротивление r - внутреннее сопротивление Основные расчетные формулыЭлектродвижущая сила источника ЭДС, В ![]() где ![]() ![]() – ЭДС, В I – сила тока, А R – нагрузочное сопротивление, Ом r – внутреннее сопротивление, Ом Выведенная формула для внутреннего сопротивления (выраженная через измеренные значения), Ом r = ![]() Выведенная формула для ЭДС (выраженная через измеренные значения), В = ![]() Полная мощность (Pu), Вт Рu = ![]() ![]() Полезная мощность (PR), Вт РR = ![]() Потери мощности (Pr), Вт Рr = ![]() ![]() Коэффициент полезного действия (КПД) источника постоянного тока, % ![]() Погрешность прямых измерений ![]() ![]() Формулы погрешностейФормула среднеквадратической прямой погрешности: ![]() Абсолютная погрешность измерения внутреннего сопротивления источника тока ![]() Абсолютная погрешность косвенных измерений полезной мощности ![]() Абсолютная погрешность косвенных измерений полной мощности ![]() Абсолютная погрешность косвенных измерений потерь мощности ![]() Абсолютная погрешность косвенных измерений коэффициента полезного действия ![]() Обработка результатов измеренийТаблицыТаблица 1. Изучение работы нестабилизированного источника
Таблица 2. Изучение работы стабилизированного источника
Примеры вычисленийЗначения при первом измерении: Электродвижущая сила (одна из пяти пар): = ![]() *Среднее значение = 6 В Внутреннее сопротивление (одна из пяти пар): r = ![]() *Среднее значение r = 42,405 Ом Значения при втором измерении: Полная мощность: ![]() Потери мощности: ![]() Полезная мощность: ![]() Коэффициент полезного действия: ![]() Примеры только для первой таблицы, т.к. способы подсчётов для обеих таблиц очень схожи. Вычисление погрешностейПогрешность ЭДС: ![]() ![]() Погрешность внутреннего сопротивления: ![]() ![]() Погрешность полной мощности: ![]() ![]() Погрешность полезной мощности: ![]() ![]() Погрешность потери мощности: ![]() ![]() Погрешность коэффициента полезного действия: ![]() ![]() Графический материалГрафик 1. Графики зависимостей PИ(I); PR(I); Pr(I);(I) для нестабилизированного источника. ![]() ![]() График 2. Графики зависимостей PИ(I); PR(I); Pr(I);(I) для стабилизированного источника. ![]() ![]() РезультатыНестабилизированный источник питанияЭлектродвижущая сила: = (6 ![]() Внутреннее сопротивление: r = (42,40 ![]() Полная мощность: ![]() Полезная мощность: ![]() Потери мощности: ![]() Коэффициент полезного действия: ![]() Стабилизированный источник питанияЭлектродвижущая сила: = (5,4130 ![]() Внутреннее сопротивление: r = (0,123 ![]() Полная мощность: ![]() Полезная мощность: ![]() Потери мощности: ![]() Коэффициент полезного действия: ![]() ВыводВ ходе работы были определены электродвижущая сила источника тока (ЭДС), внутреннее сопротивление источника тока, зависимость полезной и полной мощности, развиваемых источником тока, его коэффициент полезного действия (КПД), а также потерь мощности от нагрузочного сопротивления. Опыт подтвердил: полная мощность достигает свое наибольшее значение при R=0 (случай короткого замыкания) и уменьшается при увеличении внешнего сопротивления. Также, исходя из графика 2, стоит отметить, что при работе со стабилизированным источником мы практически не теряем мощность, что говорит о высокой эффективности работы с ним. |