МУ - ЛР №11 - Изучение работы источника постоянного тока

pdf - файлpitf.ftf.nstu.ru => Преподаватели => Суханов И.И.Лабораторная работа № 11Изучение работы источника постоянного токаСхема экспериментальной установки показана на рис. 1а. Реальный источниктока (обведён штриховым контуром) имеет конечное внутреннее сопротивление r. КРеальный источник токаrr1A4V2присоединенавнешняяисточниканагрузкапомощьюAвольтметраVэлектрическое напряжение.RРис. 1б—Ток вэтой цепи измеряется амперметром A. С3RРис. 1аполюсампеременное сопротивление R.5Vвыходным6измеряютЕсли цепьразомкнута, то вольтметр показываетразностьпотенциаловнаполюсахотключённого источника, называемуюэлектродвижущей силой ЭДС.ТеорияПреобразуем цепь на рис.

1a в эквивалентную схему (рис. 1б), более простую дляпонимания.Обычно соединительные провода делают из металлов с малым удельнымсопротивлением (медь, алюминий), поэтому их общее сопротивлениеменьше сопротивлений r и R. Оценка: токнамного20 мА, сопротивление проводов0,1 Ом. Тогда по закону Ома для участка цепинапряжение= 0,01÷, т.е.

разностьпотенциалов между крайними точками провода, равно = 0,0002 ÷0,002 В и не превышаетцены деления вольтметра. Таким образом, если левый щуп вольтметра подключать кточкам 1, 2 или 3 провода, то показания вольтметра меняться не будут. Аналогично,правый щуп вольтметра можно подключать к точкам 4 или 5.Для дальнейшего преобразования электрической схемы примем во внимание, чтоприборы должны как можно меньше искажать состояние измеряемого объекта. Этоозначает,чтосопротивлениеидеальногоамперметра,включаемоговцепьпоследовательно, должно быть равно нулю. Сопротивление реального амперметрадолжно быть много меньше сопротивления измеряемой цепи. Следовательно, по закону1Ома разность потенциалов на контактах амперметра должна быть намного меньшенапряжений на сопротивлениях цепи. Поэтому, если перенести контакт вольтметра източки 5 в точку 6, показание вольтметра изменится незначительно.

Таким образом, цепь сподключением вольтметра к точкам 3 и 6 практически эквивалентна исходной цепи.Следовательно, вольтметр показывает напряжение на внешней нагрузке:(1)Вольтметр присоединяется к измеряемой цепи параллельно. Ток через вольтметрдолженбытьнамногоменьше,чемчерезизмеряемуюцепь.Исследуйтесамостоятельно, каким должно быть внутреннее сопротивление вольтметра.Вольтамперная характеристика.

Закон Ома для полной цепи: сумма напряженийв замкнутой цепи равна сумме ЭДС(2)Тогда зависимость напряженияот тока , вольтамперная характеристика цепи,(3)является линейной функцией (рис. 2а). Рассмотрим две точки:и. Перваясоответствует разомкнутой цепи,точка приа. Втораявозможна только при. Такойрежим называется «коротким замыканием», токкороткого замыкания. Тогда из (3) при U = 0получаем внутреннее сопротивление источника(4)бЭлектрическая мощность. При протеканиитока в цепи на сопротивленияхи выделяетсятепловая энергия, общая мощность которой(5)в0,5Полезнаямощность—этоэлектрическаямощность, выделяющаяся на внешней нагрузке , а- мощность потерь внутри источника. С учётом(3) и (5) полезная мощность(6)Рис.

2Видно, что полезная мощность - квадратичная2функция тока. Нули параболы— это точкии. Максимальное значениеполезной мощности, вершина параболы, лежит посередине между нулями, т.е. при(Рис. 2б). Тогда из (1) и (3) приполучаем, чтомаксимальная полезная мощность выделяется, если сопротивление нагрузки равновнутреннему сопротивлению источника(7)КПД источника — это отношение полезной мощности к общей(8)Видно, что КПД зависит от тока линейно (Рис. 2в). При оптимальной нагрузке, т.е.

при,КПД равен 50 %. Действительно,привнутриисточника и на нагрузке выделяется одинаковая тепловая мощность.Погрешность измерения мощностиПо формуле погрешности косвенных измерений(9)Задание к лабораторной работе1. Предварительные измерения.a. Измерить ЭДС источникаДля этого разомкните цепь, например,.отсоединив один из проводов от сопротивления нагрузки.b. Измерить ток короткого замыканиязамкните. Для того чтобы «обойти» нагрузку,отсоединённый провод на второй провод нагрузочногосопротивления.2.

Измерить вольтамперную характеристику ВАХ источникапеременным сопротивлением. Ток в цепи изменять. Общее количество точек задаёт преподаватель,обычно 8 -10. Значения тока выбирать так, чтобы одна точка была как можноближе к, а остальные располагались по обе стороны от этой точки.Обратите внимание, что в таблицу измерений первичные показанияприборов заносятся «как вижу», а все преобразования первичных данных в3основные единицы системы СИ (и ошибки в расчётах!) записываются впоследующих, дополнительных, ячейках таблицы.3. Построить график ВАХ по измеренным точкам с учётом погрешности измерениянапряжения. Сделать вывод, подтверждается ли результат теории о линейностиВАХ.4.

По графику ВАХ определить ток короткого замыканиявнутреннее сопротивление, ЭДС источника. Сравнить расчётные значения ЭДСи егоисизмеренными в п. 1.5. По первичным результатам измеренийизмерений полезную мощностьмощностьи,рассчитать и записать в таблицумощность потерь. На одном рисунке построить графикии общую,ивзависимости от тока. При выборе максимального значения на оси мощностииспользуйте связьи.По графикам сделать вывод о характереперераспределения тепловой мощности при изменении тока в цепи.6. По графикусравнить его сопределить ток максимальной полезной мощности.

Для,по ВАХ определить напряжение на нагрузке, а по ним рассчитать оптимальное сопротивление нагрузки.Сравнить его с внутренним сопротивлением источника , полученным в п. 4.7. По (8) построить график КПД источника и определить по нему КПД при. Сравнить его с теоретическим значением.Контрольные вопросы1. Как в электрическую цепь включается амперметр? Каким должно быть внутреннеесопротивление амперметра: а) идеального, б) реального?2. Как в электрическую цепь включается вольтметр? Предположим, сопротивлениевольтметра равно нулю. Что в этом случае будет показывать вольтметр? Какимдолжно быть внутреннее сопротивление вольтметра: а) идеального, б) реального?3.

Вывести вольтамперную характеристикудля цепи «реальный источник тока +нагрузка».4. Вывести зависимость полезной мощности и оптимального сопротивлениянагрузки от тока для цепи «реальный источник тока + нагрузка».5. Вывести зависимость КПД от тока для цепи «реальный источник тока + нагрузка».Определить теоретическое значение КПД при оптимальной нагрузке.4.