ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ ЕГО НАГРУЗКИ

Цель работы: исследовать зависимость полезной мощности и кпд источника тока от нагрузки.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, реостат, 2 ключа.

Теоретическое введение

Электрическая цепь, как правило, состоит из источника тока, подводящих проводов и потребителя тока или нагрузки. Каждый из этих элементов цепи обладает сопротивлением. Сопротивление подводящих проводов обычно очень мало, поэтому им можно пренебречь. Согласно закона Ома для замкнутой цепи ток I в цепи

,

где R – сопротивление нагрузки;

   r – сопротивление источника тока;

   Е – электродвижущая сила источника тока.

Полная мощность N, развиваемая источником тока и выделяемая во всей цепи, равна:

                               N=IE или                                               (1)         

В нагрузке выделяется только часть этой мощности, которую мы называем полезной мощностью:

                                                                                                          (2)

        или  ,                                                   (3)

где U – напряжение на нагрузке,

  R – сопротивление нагрузки.

Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой э.д.с. в цепи:

                                                                                      (4)

Формулы (2) и (4) являются расчетными для полезной мощности и кпд источника тока.

Подставив в формулу (4) выражения U=IR и E=I(R+r), получим формулу, выражающую зависимость кпд от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока:

                                                                                     (5)

Из этой формулы следует, что кпд будет тем больше, чем больше сопротивление нагрузки R по сравнению с сопротивлением r источника тока. Поэтому сопротивление источника тока стремятся делать как можно меньшим.

Найдем соотношение между R и r, при котором полезная мощность, отбираемая от данного источника тока, будет наибольшей. Для этого продифференцируем формулу (3) для полезной мощности  по R и приравняем производную к нулю:

Отсюда находим, что  имеет максимум при R = r (другое решение  соответствует минимуму полезной мощности). Следовательно, чтобы отобрать от данной э.д.с. наибольшую полезную мощность, нужно взять сопротивление нагрузки R, равное сопротивлению r источника тока. Согласно формуле (5) кпд в этом случае составляет 50%.

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме (рис1):

                                                             Е

Рисунок 1 – Схема электрической цепи

2. При разомкнутом ключе  замкнуть ключ  и измерить э.д.с. Е источника тока. Значение э.д.с. внести в таблицу.

3. Замкнуть ключ  и реостатом установить минимальный ток I во внешней цепи. Записать показания амперметра и вольтметра.

4. Увеличивая последовательно силу тока I и фиксируя соответствующие значения напряжения U, доводят ее до максимального значения (указания об изменении тока дает преподаватель).

5. Полученные значения тока I и напряжения U занести в таблицу и по формулам (2) и (4) рассчитать полезную мощность  и к.п.д. .

6. Построить в одной и той же координатной плоскости графики зависимости полезной мощности от силы тока и к.п.д. от силы тока, т.е. , .

Таблица 1. Результаты измерений и расчетов

№	E, B	I, A	U, B	, Вт

Контрольные вопросы

1. Дайте определение электрического тока.

2. Каковы условия существования тока.

3. Дайте определения силы тока, э.д.с., напряжения. В каких единицах измеряются эти величины.

4. Запишите и сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи; для замкнутой цепи

5. Запишите формулы полезной и полной мощностей тока

6. При каких условиях полезная мощность будет иметь максимальное значение? Чему равен при этом кпд источника тока?

Литература [ 2,,5,7 ]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15