Лаба_5_электричество. Отчет по лабораторной работе 5 По дисциплине

Название	Отчет по лабораторной работе 5 По дисциплине
Дата	09.10.2022
Размер	141.34 Kb.
Формат файла
Имя файла	Лаба_5_электричество.docx
Тип	Отчет #723386

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

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №5

По дисциплине    Физика__

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема:

«ЗАВИСИМОСТЬ МОЩНОСТИ И КПД ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ НАГРУЗКИ»

Автор: студент гр.     ИГ-21-1 ____________      Каминская Е. А.

(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)

Дата: __________________

Проверил

руководитель работы:

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2022

Цель работы:

1. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

2. Исследование зависимости полезной и полной мощности источника тока.

3. Определение зависимости КПД источника тока от сопротивления нагрузки.

Краткое теоретическое содержание

Явление, изучаемое в работе: возникновение электрического тока в цепи.

Основные характеристики источника постоянного тока:

‑ электродвижущая сила (ЭДС);

‑ ёмкость;

‑ энергия, которую он может отдать во внешнюю цепь;

‑ сохраняемость;

‑ температурный режим.

Электродвижущая сила (ЭДС) источника зависит от материала электродов и химического состава электролита и не зависит от размеров электродов и количества электролита. ЭДС описывается термодинамическими функциями протекающих электрохимических процессов.

Электрическая ёмкость источника — это количество электричества, которое источник тока отдает при разряде в течение определенного времени. Ёмкость зависит от массы реагентов, запасенных в источнике, и степени их химического превращения.

Сохраняемость − это срок хранения элемента, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах. Сохраняемость элемента уменьшается с ростом температуры хранения.

Температурный режим определяет работоспособность аккумуляторов при значительных перепадах температур.

Главная функция источника постоянного тока заключается в разделении положительных и отрицательных зарядов, которые затем перемещаются на электроды источника соответствующего знака.

Режимы работы источника:

1. Режим холостого хода — это режим в случае разомкнутой внешней цепи, т. е.

-Закон Ома для полной цепи

I-сила тока, А

E-ЭДС источника, В

R-внешнее сопротивление, Ом

r-внутреннее сопротивление, Ом

Из этой формулы получим, что ток холостого хода I=0, а UR=E и Ur=0, значит, потери напряжения отсутствуют, следовательно, Pr=0, PR=0 и η=100%. То, что КПД равен 100 % означает только, что при холостом ходе отсутствуют потери мощности во внешней цепи и источник теоретически может передать всю мощность нагрузке.

2. Режим короткого замыкания — это режим, при котором сопротивление нагрузки стремится к нулю

. Тогда ток в цепи резко возрастает, достигая максимума

. Следовательно, ток короткого замыкания ограничен внутренним сопротивлением источника. В итоге мощность источника при коротком замыкании равна:

,

и достигает максимума, следовательно,

.

3. Согласованный режим – в этом случае мощность, передаваемая во внешнюю цепь, достигает максимума. Формула для вычисления условия согласованного режима:

Возьмем производную и приравняем ее нулю:

.

Следовательно,

, тогда полезная мощность достигает максимума при совпадении сопротивлений источника и нагрузки R=r.

Подставим в формулу для вычисления условия согласованного режима:

, тогда

;

.

В итоге КПД согласованного режима будет равен:

.

Таким образом, в случае согласованного режима мощность, отдаваемая во внешнюю цепь максимальна, но равна потери мощности на внутреннем сопротивлении источника.

4. Номинальный режим – данный режим соответствует параметрам, указанным производителем источника. Для мощных электротехнических цепей номинальный режим соответствует условию

. Однако, встречаются устройства, в которых во внешней части цепи стремятся достичь максимального значения тока, т. е. режима близкого к короткому замыканию и

.

Схема установки

Источник тока

Рис. 1. Электрическая схема установки

V-вольтметр; A-амперметр; R-магазин сопротивлений; К-ключ замыкания.

Основные расчётные формулы

-коэффициент полезного действия

I-сила тока, А

r-внутреннее сопротивление, Ом

Е-ЭДС источника тока, В

U_r-потери напряжения на источнике, В

R-внешнее сопротивление, Ом

- полная мощность источника, Вт

-потери мощности на самом источнике, Вт

- полезная мощность источника, Вт

-потери напряжения на источнике

Формулы для расчёта погрешностей косвенных измерений

Результаты измерений

Таблица 1. Изучение работы нестабилизированного источника

№	I, А	U, В	R, Ом	Pu, Вт	P_R, Вт	Pr, Вт	r, Ом	E, В	η, %
1	200	0,15	0	1418,233	23,41	1394,83	0,035	7,09	1,65
2	156	1,67	10	1106,222	257,61	848,61			23,29
3	128	2,64	20	907,6691	336,35	571,32			37,06
4	108	3,32	30	765,8458	359,11	406,73			46,9
5	94	3,82	40	666,5695	358,45	308,12			53,78
6	82	4,2	50	581,4755	347,01	234,47			59,68
7	74	4,5	60	524,7462	333,79	190,95			63,61
8	68	4,75	70	482,1992	320,96	161,24			66,56
9	62	4,94	80	439,6522	305,61	134,04			69,51
10	57	5,12	90	404,1964	290,9	113,3			71,97
11	53	5,26	100	375,8317	277,88	97,95			73,94
12	31	6,06	200	219,8261	186,32	33,51			84,76
13	22	6,38	300	156,0056	139,13	16,88			89,18
14	17	6,56	400	120,5498	110,47	10,08			91,64
15	14	6,69	500	99,27631	92,44	6,84			93,12
16	12	6,77	600	85,09398	80,07	5,02			94,1
17	10	6,83	700	70,91165	67,43	3,49			95,08
18	9	6,88	800	63,82048	61	2,83			95,57
19	8	6,92	900	56,72932	54,5	2,23			96,07
20	7	6,95	1000	49,63815	47,93	1,71			96,56

Таблица 2. Изучение работы стабилизированного источника

№	I, А	U, В	R, Ом	Pu, Вт	P_R, Вт	Pr, Вт	r, Ом	E, В	η, %
1	246	5,09	20	1252,14	1252,08	0,062	0,44	5,09	97,85
2	167		30	850,03	850,002	0,028			98,56
3	126		40	641,34	641,32	0,016			98,91
4	100		50	509	508,99	0,01			99,13
5	82		60	417,38	417,37	0,007			99,27
6	72		70	366,48	366,48	0,005			99,38
7	64		80	325,76	325,76	0,004			99,45
8	56		90	285,04	285,04	0,003			99,51
9	52		100	264,68	264,68	0,0026			99,56
10	26		200	132,34	132,34	6ꞏ10^-4			99,78
11	18		300	91,62	91,62	2,9ꞏ10^-4			99,85
12	13		400	66,17	66,17	1,6ꞏ10^-4			99,89
13	10		500	50,9	50,9	10^-4			99,91
14	9		600	45,81	45,81	7,2ꞏ10^-5			99,93
15	8		700	40,72	40,72	5,3ꞏ10^-5			99,94
16	7		800	35,63	35,63	4,1ꞏ10^-5			99,95
17	6		900	30,54	30,54	3,2ꞏ10^-5			99,95
18	5		1000	25,45	25,45	2,6ꞏ10^-5			99,96

Погрешности прямых измерений

ΔI=0,5 А

ΔU=0,01 В

ΔR=0,5 Ом

Примеры вычислений

Нестабилизированный источник тока

Аналогичные вычисления проводятся для стабилизированного источника тока

Графический материал

Нестабилизированный источник тока

Рис. 2. Зависимость полной и полезной мощностей от силы тока, КПД от силы тока и потери мощности от силы тока

Рис. 3. Зависимость полной и полезной мощностей от внешнего сопротивления, КПД от внешнего сопротивления и потери мощности от силы тока

Стабилизированный источник тока

Рис. 4. Зависимость полной мощности от силы тока, КПД от силы тока и потери мощности от силы тока

Рис. 5. Зависимость полезной мощности источника от силы тока

Рис. 6. Зависимость полной мощности от внешнего сопротивления, КПД от внешнего сопротивления и потери мощности от внешнего сопротивления

Рис. 7. Зависимость полезной мощности источника от внешнего сопротивления

Вывод: в данной лабораторной работе я определила ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока: для нестабилизированного источника ε=7,18±0,22 В, r=0,075±0,02 Ом; для стабилизированного источника ε=5,3±0,24 В, r=1,232±0,119 Ом. Исследовала зависимости полезной и полной мощности источника тока и определила зависимости КПД источника тока от сопротивления нагрузки: чем больше нагрузка, тем больше КПД источника.