В цепи постоянного тока
 Скачать 301.71 Kb.
|
|
Лабораторная работа 10. ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель работы: экспериментальное исследование зависимости полезной мощности, полной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) источника от отношения сопротивлений нагрузки и источника. Приборы и принадлежности: стенд для сборки измерительной цепи; два источника с различными ЭДС; миллиамперметр и вольтметр; переменный резистор. Методика измерений Источник ЭДС E с внутренним сопротивлением R i , нагруженный на внешнее сопротивление R 1 , создает в цепи (рис. 10.1) ток I = E / (R 1 + R i ). Полная мощность P = EI, развиваемая источником, делится между нагрузкой и источником следующим образом: P e / P = U e /U = R 1 / (R 1 + R i ) = , P i / P = U i /U = R i / (R 1 + R i ) = 1 – , где P e = IU e – мощность, выделяющаяся в нагрузке (полезная); P i = IU i – мощность, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении источника; U e и U i – падения напряжения на нагрузке и на внутреннем сопротивлении источника соответственно; – КПД источника. С увеличением внутреннего сопротивления от нуля (короткое замыкание) до бесконечности (разомкнутая цепь) напряжение U e возрастает от нуля до значения, равного ЭДС, а ток в цепи уменьшается от I КЗ = E/R i при коротком замыкании до нуля при разомкнутой цепи. Мощность P e равна нулю как при коротком замыкании, так и при разомкнутой цепи. Максимальная полезная мощность P e max достигается, когда R 1 = R i , при так называемом согласовании сопротивлений источника и нагрузки. В этом случае P e max = E 2 / (4R i ). Полная мощность P с увеличением сопротивления нагрузки уменьшается и в режиме согласования составляет P = E 2 / (2R i ), т. е. половину мощности, развиваемой источником в режиме короткого замыкания: P КЗ = E 2 / R i Напряжение U e в режиме согласования равно половине ЭДС E. КПД источника равен нулю при коротком замыкании и единице при разомкнутой цепи; в согласованном режиме = 0.5. Схема установки для исследования цепи постоянного тока представлена на рис. 10.2. Переключателем SB 1 источники G 1 и G 2 с различными ЭДС и внутренними сопротивлениями могут быть поочередно подключены к нагрузке R 1 . Ток I и напряжение U e на резисторе R 1 измеряют миллиамперметром PA 1 и вольтметром PV 1 . Режим разомкнутой цепи осуществляется отключением нагрузки кнопкой SB 2 ; показание вольтметра при этом равно ЭДС источника. Указания по выполнению работы и обработке результатов 1. Собрать схему, включить установку. 2. Измерить ЭДС E 1 источника G 1 3. Подключить к источнику G 1 внешнюю цепь. Меняя сопротивление нагрузки R 1 , измерить зависимость I(U e ). Изменение режима схемы производить равномерно от наименьшего до наибольшего показаний миллиамперметра, выполнив таким образом 10–12 совместных наблюдений силы тока и напряжения. 4. Повторить измерения пп. 2 и 3 с источником G 2 Рис. 10.1 Рис. 10.2 5. Вычислить для каждой пары значений тока I и напряжения U e значения P, P e , , R 1 /R i = U e /(E – U e ) для обоих источников. 6. Построить на одном рисунке для каждого источника зависимости P, P e , от отношения R 1 /R i 7. По полученным данным определить для каждого источника P e max , P КЗ и внутреннее сопротивление R i Контрольные вопросы и задания 1. Докажите, что максимум полезной мощности достигается при равенстве внутреннего сопротивления и сопротивления нагрузки. 2. Каковы основные источники погрешностей при измерении ЭДС источников по методу, предложенному в работе? 3. Назовите режимы работы исследуемой цепи. Каковы КПД при каждом режиме? 4. Рассчитайте полезную мощность, полную мощность и КПД цепи с параметрами, указанными преподавателем. |