Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

“ЛЭТИ”

Кафедра физики

ОТЧЕТ

По Лабораторной работе №5 на тему:

«Передача мощности в цепи постоянного тока»

Выполнил: Фомичев Константин Вячеславович

Факультет ФЭЛ

Группа № 3282

Преподаватель: Альтмарк Александр Моисеевич

Оценка лабораторно-практического занятия

Выполнение ИДЗ

Вопросы

Подготовка к лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе

Коллоквиум

Комплексная оценка

Выполнено “____” ___________

Подпись преподавателя __________

Передача мощности в цепи постоянного тока

Цель работы: экспериментальное исследование зависимости полезной мощности, полной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) источника от отношения сопротивлений нагрузки и источника.

Приборы и принадлежности: стенд для сборки измерительной цепи; два источника с различными электродвижущими силами (ЭДС); миллиамперметр и вольтметр; переменный резистор.

Методика измерений

Источник ЭДС E с внутренним сопротивлением R_i, нагруженный на внешнее сопротивление R1, создаёт в цепи (рис.5.1) ток I = E/(R1 + R_i). Полная мощность P = EI, развиваемая источником, делится между нагрузкой и источником следующим образом: P_e/P = U_e/U = R1/(R1 + R_i) = , P_i/P = U_i/U = R_i/(R1 + R_i) = 1 – , где P_e = IU_e – мощность, выделяющаяся в нагрузке (полезная), P_i = IU_i – мощность, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении источника; U_e и U_i – падения напряжения на нагрузке и на внутреннем сопротивлении источника соответственно;  – КПД источника. С увеличением внутреннего сопротивления от нуля (короткое замыкание) до бесконечности (разомкнутая цепь) напряжение U_e возрастает от нуля до значения, равного ЭДС, а ток в цепи уменьшается от I_кз = E/R_i при коротком замыкании до нуля при разомкнутой цепи. Мощность P_e равна нулю как при коротком замыкании, так и при разомкнутой цепи. Максимальная полезная мощность P_e max достигается, когда R1 = R_i, при так называемом согласовании сопротивлений источника и нагрузки. В этом случаеP_e max = E²/(4R_i). Полная мощность P с увеличением сопротивления нагрузки уменьшается и в режиме согласования составляет P = E²/(2R_i), т. е. половину мощности, развиваемой источником в режиме короткого замыкания: P_кз = E²/R_i. Напряжение U_e в режиме согласования равно половине ЭДС E.

КПД источника равен нулю при коротком замыкании и единице при разомкнутой цепи; в согласованном режиме  = 0.5.

Схема установки для исследования цепи постоянного тока представлена на рис.5.2.

Рис. 5.1 Рис. 5.2

Переключателем SB1 источники G1 и G2 с различными ЭДС и внутренними сопротивлениями могут быть поочерёдно подключены к нагрузке R1. Ток I и напряжение U_e на резисторе R1 измеряют миллиамперметром PA1 и вольтметром PV1. Режим разомкнутой цепи осуществляется отключением нагрузки кнопкой SB2; показание вольтметра при этом равно ЭДС источника.

Указания по выполнению работы и обработке результатов

1. Собрать схему, включить установку.

2. Измерить ЭДС E₁ источника G1.

3. Подключить к источнику G1 внешнюю цепь. Меняя сопротивление нагрузки R1, измерить зависимость I(U_e). Изменение режима схемы производить равномерно от наименьшего до наибольшего показаний миллиамперметра, выполнив таким образом 10-12 совместных наблюдений силы тока и напряжения.

4. Повторить измерения пп. 2 и 3 с источником G2.

5. Вычислить для каждой пары значений тока I и напряжения U_e значения P, P_e, , R1/Ri = U_e/(E – U_e) для обоих источников.

6. Построить на одном рисунке для каждого источника зависимости P, P_e,  от отношения R1/R_i.

7. По полученным данным определить для каждого источника P_e max, P_кз и внутреннее сопротивление R_i.

.

Обработка результатов эксперимента.

1. Сведем в таблицу результаты наблюдений, проведенных с источником G1, а также выполним необходимые вычисления:

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	8,25	7,25	5,80	4,10	3,65	3,00	2,70	2,50	2,00	1,20
	0	0,80	2,00	3,20	3,80	4,10	4,20	4,50	4,70	4,80
	0	5,80	11,6	13,12	13,87	12,3	11,34	11,25	9,4	5,76
	50,32	44,22	35,38	25,01	22,26	18,30	16,47	15,25	12,20	7,32
	0	0,131	0,328	0,524	0,623	0,672	0,688	0,738	0,770	0,787
	0	0,150	0,487	1,103	1,652	2,050	2,210	2,812	3,357	3,692

2. Проделаем аналогичные действия для источника G2:

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	9,60	7,60	6,20	5,20	4,00	3,60	3,20	2,80	2,60	2,20
	0	1,20	2,50	3,30	4,40	4,60	5,00	5,20	5,40	5,60
	0	9,12	15,5	17,16	17,6	16,56	16,00	14,56	14,04	12,32
	71,04	56,24	45,88	38,48	29,60	26,64	23,68	20,72	19,24	16,28
	0	0,162	0,338	0,446	0,594	0,622	0,675	0,703	0,730	0,757
	0	0,193	0,510	0,804	1,488	1,642	2,083	2,363	2,700	3,111

3. Построим графики:

4. Вывод: путем экспериментального исследования источников G1 и G2 с разной ЭДС () и разным внутренним сопротивлением было получено, что у источника G1 полная полезная мощность меньше, чем у источника G2; экспериментально была изучена передача мощности в цепи постоянного тока, исследованы зависимости полезной мощности, полной мощности и КПД источника от отношения сопротивлений нагрузки и источника, были построены кривые никому не интересные графики .