Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
РГПУ им. А. И. Герцена
К работе допущены
Работа выполнена
Отчет сдан
Отчет по лабораторной работе № 3
«Исследование источника тока»
Работу выполнила: Леонтьева
Василиса
Романовна
Факультет Технологии и предпринимательства
Цель работы: изучение зависимостей тока, полной и полезной
мощностей, коэффициента полезного действия источника от тока нагрузки; определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника.
Оборудование: источник тока, амперметр, реостат.
Общие сведения
Источником тока называют устройство, предназначенное для
создания тока в электрической цепи. В качестве источника тока могут выступать гальванический элемент, аккумулятор, электронный источник питания и т.д.
Основной характеристикой источника тока является его электродвижущая сила (ЭДС) ε. По определению ЭДС равна разности потенциалов ( U) только при разомкнутой цепи
U = E – I r ( 1 ),
Где r – внутреннее сопротивление источника,
I – ток, отдаваемый источником во внешнюю цепь.
При подключении источника тока к электрической цепи свободные электроны внутри проводников приходят в упорядоченное движение, т.е. возникает электрический ток, сила которого равна по закону Ома для полной цепи :
I = ε / R + r,
где ε - электродвижущая сила источника тока, включённого в цепь;
R- сопротивление внешней цепи;
r- внутреннее сопротивление источника тока.
Полная мощность, развиваемая источником, равна произведению тока, проходящего через источник, на ЭДС источника:
W0 = I ε ( 2 )
Часть этой мощности выделяется внутри источника на его внутреннем сопротивлении в виде джоулева тепла W1 = I2 r (2 а)
Другая часть полной мощности, выделяемая , называемая полезной , равна произведению тока на напряжение на зажимах источника:
W = I U ( 3 )
Т.к. U зависит от тока по формуле (1), то зависимость полезной мощноcти
от тока получается нелинейной. Подставляя (1) в (3), получим:
U = I (ε – I r) = I ε – I2 r ( 4 )
Из формулы (4) видно, что полезная мощность равна разности полной
( I ε) и потерянной (I2 r).
Кроме того, при I = 0 и при (ε – I r) = 0 полезная мощность равна нулю, т.е. при коротком замыкании. Чтобы определить при каком токе полезная мощность полезная мощность будет максимальной, приравняем нулю первую производную полезной мощности по току dw / dI = ε – 2 I r, откуда
I = ε / 2r ( 5 )
Следовательно, полезная мощность достигает максимального значения при токе равном половине тока короткого замыкания.
Сравнивая знаменатели формулы ( 5 ) и закона Ома для полной электрической цепи , получим ещё одно условие максимальной полезной мощности 2 r = R + r или R = r .
Коэффициент полезного действия (КПД) источника
Коэффициент полезного действия (КПД) источника ( η )
равен отношению полезной мощности к полной, выделяемой во внешней цепи, к полной мощности, развиваемой источником:
η = W / W0 ( 6 )
Подставляя в (6) вместо значений мощностей их выражения через токи, напряжения, ЭДС, сопротивления, получим ряд выражений для КПД
от напряжения
η = I U/ I ε ( 7а )
от внешнего сопротивления
η = I R / I (R + r) = R /( R + r ) ( 7б )
и от тока
η = ( ε - I r ) / ε = 1 – I ( r / ε ) ( 7в )
|
|
I |
U |
R |
W0 |
W |
W1 |
η |
|
1 |
0,485 |
1 |
2,062 |
6,645 |
0,49 |
6,09 |
7,3 |
|
2 |
0,455 |
2,1 |
4,615 |
6,234 |
0,96 |
5,36 |
15,3 |
|
3 |
0,400 |
3,4 |
8,500 |
5,480 |
1,36 |
4,14 |
24,8 |
|
4 |
0,375 |
4 |
10,667 |
5,138 |
1,50 |
3,64 |
29,2 |
|
5 |
0,350 |
4,6 |
13,143 |
4,795 |
1,61 |
3,17 |
33,6 |
|
6 |
0,330 |
5,3 |
16,061 |
4,521 |
1,75 |
2,82 |
38,7 |
|
7 |
0,300 |
6 |
20,000 |
4,110 |
1,80 |
2,33 |
43,8 |
|
8 |
0,275 |
6,5 |
23,636 |
3,768 |
1,79 |
1,96 |
47,4 |
|
9 |
0,255 |
7 |
27,451 |
3,494 |
1,79 |
1,68 |
51,1 |
|
10 |
0,235 |
7,4 |
31,489 |
3,220 |
1,74 |
1,43 |
54,0 |
|
11 |
0,215 |
8 |
37,209 |
2,946 |
1,72 |
1,20 |
58,4 |
|
12 |
0,210 |
8,2 |
39,048 |
2,877 |
1,72 |
1,14 |
59,9 |
|
13 |
0,195 |
8,6 |
44,103 |
2,672 |
1,68 |
0,98 |
62,8 |
|
14 |
0,185 |
9 |
48,649 |
2,535 |
1,67 |
0,89 |
65,7 |
|
15 |
0,170 |
9,4 |
55,294 |
2,329 |
1,60 |
0,75 |
68,6 |
|
16 |
0,150 |
10 |
66,667 |
2,055 |
1,50 |
0,58 |
73,0 |
|
17 |
0,125 |
10,5 |
84,000 |
1,713 |
1,31 |
0,40 |
76,6 |
|
18 |
0,115 |
10,7 |
93,043 |
1,576 |
1,23 |
0,34 |
78,1 |
По формуле 2 рассчитываем W0, по формуле 3 – W, по формуле 2а – W1,
из формулы (3) R = W / I2 .
Зависимость тока от полной мощности
Зависимость тока от полезной мощности
Зависимость тока от потерянной мощности
Зависимости тока и КПД
η
Вывод:
в проведенной лабораторной работе была определенна ЭДС источника
тока, внутреннее сопротивление, исследование зависимости полезной и полной мощности, развиваемых источником тока , и его КПД от нагрузочного сопротивления.