5 лаба. ЛабРабота5.физика. Лабораторная работа 5 Зависимость мощности и кпд источника тока от нагрузки По дисциплине Физика

• Название: Лабораторная работа 5 Зависимость мощности и кпд источника тока от нагрузки По дисциплине Физика
• Анкор: 5 лаба
• Дата: 08.11.2022
• Размер: 266.15 Kb.
• Имя файла: ЛабРабота5.физика.docx
• Тип: Лабораторная работа; #777024

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 работы

Определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока; исследовать зависимости полезной и полной мощности источника тока; определение зависимости КПД источника тока от сопротивления нагрузки.

краткое теоретическое содержание

Основные определения

Явление, 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 работе

Закона Ома для замкнутой̆ цепи: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС в цепи и обратно пропорциональна общему сопротивлению цепи.

, где

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 формулы

Электродвижущая сила источника ЭДС, В

,

где и – два различных значения сопротивлений нагрузки

 – 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 = *I =
Полезная мощность (PR), Вт

РR =
Потери мощности (Pr), Вт

Рr = =
Коэффициент полезного действия (КПД) источника постоянного

тока, %

*100%
Погрешность прямых измерений

Формулы погрешностей

Формула 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 измерений

Таблицы

Таблица 1. Изучение работы нестабилизированного источника

№	I, A	U, В	R, Ом	Pполн, Вт	PПотер, Вт	Pполезн, Вт	r, Ом	, В	, %
1	0,166	0,13	0	0,995	0,0	0,995	42,405	6	0
2	0,128	1,63	10	0,767	0,695	0,073			9,5
3	0,106	2,6	20	0,636	0,476	0,159			25
4	0,09	3,27	30	0,540	0,343	0,196			36,4
5	0,078	3,76	40	0,468	0,258	0,21			44,8
6	0,078	3,76	50	0,468	0,258	0,21			44,8
7	0,062	4,44	60	0,372	0,163	0,209			56,2
8	0,056	4,69	70	0,336	0,133	0,203			60,4
9	0,052	4,89	80	0,312	0,115	0,197			63,2
10	0,048	5,05	90	0,288	0,098	0,190			66,1
11	0,044	5,19	100	0,264	0,082	0,182			68,9
12	0,026	5,98	200	0,156	0,029	0,127			81,6
13	0,018	6,3	300	0,108	0,014	0,094			87,3
14	0,014	6,48	400	0,084	0,008	0,076			90,1
15	0,012	6,6	500	0,072	0,006	0,066			91,5
16	0,01	6,68	600	0,060	0,004	0,056			92,9
17	0,008	6,73	700	0,048	0,003	0,045			94,3
18	0,007	6,78	800	0,042	0,002	0,04			95
19	0,006	6,82	900	0,036	0,002	0,034			95,8
20	0,006	6,87	1000	0,036	0,002	0,034			95,8

Таблица 2. Изучение работы стабилизированного источника

№	I, A	U, В	R, Ом	Pполн, Вт	PПотер, Вт	Pполезн, Вт	r, Ом	, В	, %
1	0,246	5,03	20	1,330	0,0051	1,325	0,123	5,413	99,614
2	0,168	5,02	30	0,908	0,0024	0,906			99,737
3	0,126	5,03	40	0,681	0,0013	0,68			99,802
4	0,126	5,03	50	0,681	0,0013	0,68			99,802
5	0,085	5,03	60	0,46	0,0006	0,459			99,867
6	0,073	5,04	70	0,395	0,0005	0,394			99,886
7	0,064	5,04	80	0,346	0,0003	0,346			99,9
8	0,058	5,03	90	0,314	0,0003	0,313			99,909
9	0,052	5,04	100	0,281	0,0002	0,281			99,918
10	0,025	5,04	200	0,135	0,0001	0,135			99,961
11	0,018	5,04	300	0,097	0,0000	0,097			99,972
12	0,013	5,04	400	0,07	0,0000	0,07			99,98
13	0,013	5,04	500	0,07	0,0000	0,07			99,98
14	0,009	5,04	600	0,049	0,0000	0,049			99,986
15	0,008	5,04	700	0,043	0,0000	0,043			99,987
16	0,007	5,04	800	0,038	0,0000	0,038			99,989
17	0,006	5,04	900	0,032	0,0000	0,032			99,991
18	0,005	5,03	1000	0,027	0,0000	0,027			99,992

Примеры вычислений

Значения 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:

(Вт)
Полезная мощность:


Коэффициент полезного действия:


Примеры только для первой таблицы, т.к. способы подсчётов для обеих таблиц очень схожи.

Вычисление погрешностей

Погрешность ЭДС:





Погрешность внутреннего сопротивления:




Погрешность полной мощности:




Погрешность полезной мощности:






Погрешность потери мощности:





Погрешность коэффициента полезного действия:

Графический материал

График 1. Графики зависимостей P_И(I); P_R(I); P_r(I);(I) для нестабилизированного источника.





График 2. Графики зависимостей P_И(I); P_R(I); P_r(I);(I) для стабилизированного источника.

Результаты

Нестабилизированный источник питания

Электродвижущая сила:

 = (6 0,004) В
Внутреннее сопротивление:

r = (42,40 0,05) Ом
Полная мощность:


Полезная мощность:


Потери мощности:


Коэффициент полезного действия:

Стабилизированный источник питания

Электродвижущая сила:

 = (5,4130 В
Внутреннее сопротивление:

r = (0,123 0,008) Ом
Полная мощность:



Полезная мощность:


Потери мощности:


Коэффициент полезного действия:

Вывод

В 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.