Лабораторная работа 45 Исследование цепи постоянного тока Цель работы- исследовать зависимость мо

Работа добавлена на сайт samzan.net:

PAGE  6

Лабораторная работа № 45

«Исследование цепи постоянного тока»

Цель работы: исследовать зависимость мощности и коэффициента полезного действия от величины силы тока в цепи.

Приборы и принадлежности:

1.  Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
2.  Источник питания «Практикум».
3.  Добавочные сопротивления.
4.  Амперметр.
5.  Вольтметры.
6.  Реостат.
7.  Ключ.
8.  Соединительные провода.

Краткая теория

Если к однородному проводнику приложено напряжение U, то за время dt через сечение проводника переместится заряд dq = Idt. Так как ток представляет собой перемещение заряда dq под действием электрического поля, то работа тока

                                            (1)

Если сопротивление проводника R, то, используя закон Ома, получим

                                            (2)

мощность тока Р есть физическая величина, равная работе, совершаемой в единицу времени:

                                       (3)

Выражения (3) справедливы как для переменного, так и для постоянного токов, причём для переменного тока этими формулами определяется мгновенное значение мощности.

Если сила тока выражается в амперах, напряжение в вольтах, то работа в джоулях (1 Дж =  = 1 В.А.с), а мощность в ваттах (1 Вт = 1 А.В).

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идёт на его нагревание, и по закону сохранения энергии  dQ = dA.

Используя выражения (1,2), получим

                                     (4)

Выражения (4) представляют собой закон Джоуля – Ленца:

 

Количество теплоты, выделяемой постоянным электрическим током в участке цепи, равно произведению квадрата силы тока, времени его прохождения и электрического сопротивления этого участка цепи.

Полная мощность Р, развиваемая источником тока, идёт на выделение тепла во внешнем и внутреннем сопротивлениях и равна:

                                     (5)

Мощность, выделяемая во внешнем сопротивлении, называется полезной мощностью и равна:

.

Из закона Ома для полной цепи можно определить падение напряжения на внешнем сопротивлении

                                            ,                                              (6)

тогда зависимость полезной мощности от силы тока в цепи имеет следующий вид:

                                                                                                  (7)

или

.        

График зависимости - парабола, ветви которой направлены вниз. Точки пересечения параболы с осью тока получим, подставив в формулу (7) значение :  I1=0,

или

                                                .                                                  (8)

Коротким замыканием называется режим работы цепи, при котором внешнее сопротивление R=0. Из формулы закона Ома для полной цепи получается выражение: ,  которое  совпадает с формулой (8).

Полезная мощность максимальна в середине графика и соответствует половине значения силы тока короткого замыкания

                                                .                                                   (9)

Сравнивая формулу (9) с законом Ома для полной цепи получаем, что полезная мощность максимальна, когда внешнее сопротивление равно внутреннему

                                                R = r.                                                   (10)

Подставляя выражение (10) в формулу (7), можно получить максимальное значение полезной мощности.

Мощность, выделяемая во внутреннем сопротивлении, не может быть использована и называется теряемой мощностью

.

Коэффициент полезного действия  равен  отношению полезной  к полной мощности: . Подставив формулы мощности, получим , учитывая формулу (6), находим: ,

                                               .                                             (11)

Из выражения (11) следует, что КПД уменьшается при возрастании силы тока. График КПД представлен на рисунке 2. Подставив в формулу (11) выражение (9), получим ,  т.е.  когда полезная мощность максимальна, КПД равно 50 %. При коротком замыкании КПД электрической цепи равно нулю , а  когда  тока  в  цепи  нет  (I = 0) КПД получается 100 %.

Описание установки

Для исследования зависимости мощности и КПД электрической цепи от величины силы тока, будем пользоваться электрической цепью, собранной по схеме (рис. 1).

Рис. 1.

Выполнение работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме (см. рис. 1) и предъявить для проверки преподавателю.

2. Измерить ЭДС источника вольтметром V1 при разомкнутом ключе.

3. При полностью введенном реостате замкнуть ключ. Измерить силу тока и напряжение.

4. Меняя сопротивление реостата, увеличивать силу тока и снять 8-10 значений силы тока и соответствующих им значений напряжения.

5. Измерить ток при напряжении, равном половине ЭДС источника, чтобы получить вершину параболы.

6. Вычислить для всех точек полную мощность, полезную мощность по формулам ,    и  КПД источника по формуле .

7. Данные измерений и вычислений занести в таблицу 1.

8. Построить графики полной и полезной мощностей и КПД источника в зависимости от силы тока.

Для полной и полезной мощностей выбрать одинаковый масштаб.

Таблица 1

№ п/п	Данные измерений	Результаты вычислений
	Е,   В	I,     A	Ua,    B	P,     Bт	Ра,    Вт	η

Контрольные вопросы

1. Записать закон Ома для однородного участка цепи и закон Ома для полной цепи.

2. Что называется ЭДС источника тока? Как измерить ЭДС?

3. Записать формулы работы и мощности постоянного тока.

4. Записать формулы мощности электрического тока и мощности источника тока.

5. Вывести формулу зависимости полезной мощности от силы тока в цепи.

6. Вывести формулу зависимости КПД электрической цепи от силы тока.

7. Можно ли получить КПД электрической цепи 100 %?

8. При каком значении КПД полезная мощность максимальна? Чему равно значение силы тока?

9. Что называется коротким замыканием?

EMBED Word.Picture.8  

R

K

r

~ 220B

 ~ 34B

V2

V1

А

Практикум  

ЛАТР

1. тематика как новаторская черта оригинальных произведений для баяна Владислава Золотарева
2. Лабораторная работа 5 Имитационное моделирование методом МонтеКарло Выполнила студентка гру
3. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6.
4. Тема 6 Немецкая философия 19 века и Новейшая западная философия
5.  Общие представления Гидросферой называют совокупность всех вод Земли- материковых поверхностных почвен
6. государство в ЮгоЗападной Азии.html
7.  ПЛЕМЕННЫЕ РЕЛИГИИ РЕЛИГИЯ СЛАВЯН
8. Введение.1
9. НИЖЕГОРОДСКИЙ СОЮЗ РЕСТАВРАТОРОВ НИЖЕГОРОДСКАЯ РЕГИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЩЕРОССИЙСКОЙ ОБЩЕСТВЕН
10. тематики фізики та філософії.
11. статья След. статья Дальнейшая судьба реформ в Казахстане зависит от формирования модели экономического р
12.  предоценочные исследования; 2
13. 2013 р
14. тематики Технический университет Кафедра
15. Некоторые теории и концепции личности
16. Статус военнослужащего
17. навсегда войдут не только имена политиков диктаторов и полководцев но и имена великих ученых философов и п
18. вступления в юридическую силу.
19. СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Утверждаю Проректор по учебной работе В1
20. ХАКИМА АЛЬКАХТАНИ ДА СОХРАНИТ ЕГО АЛЛАХПеревод с арабского Омар абу АбдуЛлах Вся хвала принадлежит Алл

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе