Зависимость мощности и КПД источника тока от нагрузки. элек лаба 5. санктпетербургский горный университет Кафедра общей и технической физики Электричество
 Скачать 128.59 Kb.
|
|
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 Отчёт по лабораторной работе №5: Зависимость мощности и КПД источника тока от нагрузки Выполнила: ст. группы АПН – 21 // (должность) (подпись) (Ф.И.О) Проверил: // (должность) (подпись) (Ф.И.О)  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. Явления, изучаемые в работе: мощность, КПД. Краткое теоретическое содержание Постоянный ток – ток, сила тока и направление которого не меняются со временем. Источник тока – это устройство, которое создает и поддерживает разность потенциалов за счет действия сторонних сил. Холостой ход – режим работы источника, при котором сопротивление стремится к бесконечности (цепь разомкнута). Короткое замыкание – режим работы источника, при котором сопротивление стремится к нулю. Согласованный ход – режим работы источника, при котором внутренне и внешнее сопротивления равны. Сила тока – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени. Напряжение – физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи. Разность потенциалов – физическая величина, определяемая работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из точки с большим потенциалом в точку с меньшим. ЭДС – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда; Мощность электрического тока – это физическая величина, показывающая, какую работу совершил электрический ток за единицу времени; Основные законы и соотношения Основной закон, используемый в данной работе – закон Ома. Для однородного участка цепи он выглядит следующим образом: 𝐼=𝑈𝑅, сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Закон Ома для замкнутой цепи: 𝐼=  Где I – сила тока, [А], R – сопротивление проводника, [Ом], U – напряжение, [В], e - ЭДС (электродвижущая сила), [В], r – внутреннее сопротивление, [В]. Сопротивление – величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току. Для однородного линейного проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление равно:  ,где r - удельное электрическое сопротивление, [Ом · м], S – площадь поперечного сечения, [м^2]. Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом: 𝜀=  , где A – работа сторонних сил, [Дж], Q – заряд, [Кл].Мощностью называется работа, совершаемая в единицу времени:  – мгновенное значение мощности, [P] = ВтДля замкнутой цепи мощность равна: P = εI, где ε – ЭДС, [В], I – сила тока, [А]. Схема установки  Основные расчетные формулы: Полезная мощность:  =𝑈⋅𝐼 = где U – напряжение, [B], I – сила тока, [A], 𝜀 – ЭДС, [B], r – сопротивление источника, [Ом], R – внешнее сопротивление, [Ом]. Полная мощность: 𝑃u=𝜀⋅𝐼 𝑃u=  где I – сила тока, [A], 𝜀 – ЭДС, [B], r – сопротивление источника, [Ом], R – внешнее сопротивление, [Ом]. Коэффициент полезного действия: 𝜂=  𝜂 = Внутренне сопротивление источника:  , где U – напряжение, U = [B], I – сила тока, [A],  – внутреннее сопротивление [ ]Электродвижущая сила источника  , где  – ЭДС источника [ ]= В;  – сила тока [ ]=А;  – внешнее сопротивление [ ]=Ом; – внутренне сопротивление [ ]=Ом.Мощность потерь  где – ЭДС источника [ ]= В; – сила тока [ ]=А; – внешнее сопротивление [ ]=Ом; – внутренне сопротивление [ ]=Ом.Прямые погрешности   Косвенные погрешности   Таблицы с результатами измерений и вычислений Таблица 1. Нестабилизированный источник тока
Таблица 2. Стабилизированный источник тока
Примеры вычислений Нестабилизированный источник Вычисление r. Возьмем значения пар опытов 1-16, 2,17, 3-18, 4-19, 5-20 и по формуле (4) внутреннего сопротивления источника посчитаем их значения и найдем среднее: Таблица 3. Вычисление внутреннего сопротивления
  Вычисление . Аналогично возьмем значение пар опытов 1-16, 2,17, 3-18, 4-19, 5-20 и по формуле (5) ЭДС источника посчитаем их значения и найдем среднее:Таблица 4. Вычиление ЭДС
  Стабилизированный источник Вычисление r. Возьмем значения пар опытов 1-13, 2-14, 3-15, 4-16, 5-17 и по формуле  внутреннего сопротивления источника посчитаем их значения и найдем среднее (т.к.  ):Таблица 5. Вычисление внутреннего сопротивления
  Вычисление . Аналогично возьмем значение пар опытов 1-16, 2,17, 3-18, 4-19, 5-20 и по формуле (5) ЭДС источника посчитаем их значения и найдем среднее:Таблица 4. Вычиление ЭДС
  Опыт №2 для нестабилизированного источника тока     Погрешности    Графики зависимостейНестабилизированный источник тока  Рисунок 1 – Зависимость полной мощности от силы тока  Рисунок 2 – Зависимость полезной мощности от силы тока  Рисунок 3 – Зависимость мощности потерь от силы тока  Рисунок 4 – Зависимость КПД от силы тока  Рисунок 5 – Зависимость полезной мощности от внешнего сопротивления  Рисунок 6 – Зависимость полезной мощности от внешнего сопротивления  Рсиунок 7 – Зависимость мощности потерь от внешнего сопротивления  Рисунок 8 – Зависимость КПД от внешнего сопротивления Результат = 35,241 0,801 Ом = 5,281 0,115 Ом = 7,179  = 5,732 Относительная погрешность    ВыводВ данной лабораторной работае были определены ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, были исследованы зависимости полезной и полной мощности тока и определена зависимость КПД источника тока от сопротивления нагрузки – чем больше нагрузка, тем больше КПД источника. Результатами лаборатнорной работы являются значения внутреннего сопротивления и ЭДС для стабилизированного и нестабилизированного источника тока: = 35,241 0,801 Ом; = 5,281 0,115 Ом; = 7,179 ; = 5,732 , с относительной погрешность соответсвенно 2,27%, 2,19%, 4,55%, 4,37%. |
