Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Лаб раб № 1, 19, 2, 3, 4, 5, 6

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

10.06.2015

Размер:

1.61 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

8.Переключатель P поставить в положение II (источник ЭДС E0 ) и, вращая ручку реохорда, установить гальванометр на ноль. Определить в масштабных единицах (деления) длину реохорда l0 .

9.Пункты 7-8 повторить пять раз, результаты записать в таблицу № 1.

10.Рассчитать для lx среднее значение, абсолютную и относительную погрешности, как погрешности прямых измерений. Результаты за-

писать в таблицу № 1.

		5
			∑lx,i
< lx	>=		i=1			;
< lx	>=					;
		5
∆lx,i = lx,i − < lx							>,	ãäå i = 1, 2, 3, 4, 5;
		5
		∑(∆lx,i )2
S =		i=1					;
S =		5(5 −1)					;
		5(5 −1)
∆lx,ñë		= tα,n ·S,					ãäå	tα,n = 2,13 ;
∆l	=	(∆l			)2		+ (∆l		)2 , ãäå	∆l	= 1 ;
x			x,ñë				x,ïð			x,ïð
εl =		∆lx		·100% .
εl =		< lx >		·100% .
x		< lx >
x

11. Рассчитать для l0 среднее значение, абсолютную и относительную

погрешности, как погрешности прямых измерений. Расчетные форму смотри пункт 10, где lx следует заменить на l0 . Результаты запи-

сать в таблицу № 1.

12. Определить ЭДС элемента Ex , здесьE0 ≈1,02 Â :

Ex = E0 < lx > . < l0 >

13.Рассчитать погрешности Ex как погрешности косвенных измерений, здесь εE0 = 1% :

εEx = (εE0 )2 + (εlx )2 + (εl0 )2 ;

∆Ex = εExEx . 100

14. Результаты записать в таблицу № 2.

Таблица № 1

№	lx,i	< lx >	∆lx	εl0	l0,i	< l0 >	∆l0	εlx
				%				%
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Таблица № 2
	E	∆E	ε	E	∆E	ε	E ± ∆E
	0	0	E0	x	x	Ex	x	x
	В	В	%	В	В	%		В
	1,02	0,01	1

15.Сделать вывод.

16.Оформить письменный отчет по лабораторной работе.

17.Выучить теорию по контрольным вопросам.

18.Отчитаться по лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Определение температурного коэффициента сопротивления

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить закон зависимости сопротивления проводников от температуры, физические принципы работы моста Уитстона.

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

Источник тока, мост постоянного тока, исследуемый проводник, термометр, нагреватель.

ЛИТЕРАТУРА

1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. III. Электричество – М.: Физматлит, МФТИ, 2002.

2.Калашников С.Г. Электричество. – М.: Физматлит, 2003.

3.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. – М.: Астрель, Аст, 2003.

4.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.-М.: Высшая школа, 2000.

5.Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2001.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Схема моста Уитстона. Принцип действия мостовой схемы измерения сопротивлений.

2.Вывод расчетной формулы. Метод наименьших квадратов.

3.Порядок выполнения лабораторной работы и обработки результатов измерений.

4.Дайте определения понятий и физических величин: электрический ток, сила тока, плотность тока, единица силы тока 1 А.

5.Дайте понятие проводников первого и второго рода. Какие частицы являются носителями заряда в проводниках I-го и II-го рода.

6.Назовите необходимые и достаточные условия для прохождения электрического тока в проводнике.

7.Формулы плотности тока для металлов и электролитов.

8.Дайте определения разности потенциалов, ЭДС и напряжения. Единицы их измерения. Дайте понятие сторонних сил.

9.Закон Ома для однородного участка цепи в дифференциальной и интегральной формах.

10.Закон Ома для неоднородного участка цепи в дифференциальной и интегральной формах.

11.Закон Ома для замкнутой цепи.

12.Дайте понятия: проводимость и сопротивление участка цепи, удельное сопротивление. Единицы их измерения.

13.Как зависит сопротивление проводника от его размеров?

14.Дайте определение температурного коэффициента сопротивления.

15.Запишите формулу зависимости сопротивления от температуры проводника I-го рода.

16.Объясните, почему сопротивление проводника I-го рода увеличивается с ростом температуры.

17.Как зависит от температуры сопротивление проводника II-го рода?

18.Выведите формулу общего сопротивления при последовательном соединении проводников.

19.Выведите формулу общего сопротивления при параллельном соединении проводников.

20.Сформулируйте и проиллюстрируйте правила Кирхгофа для разветвленной цепи.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА.

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

1.Описание реохордного моста постоянного тока Р38

Вэтой работе используется реохордный мост постоянного тока Р38 со ступенчато – регулируемым плечом сравнения и плавно регулируемым отношением плеч (см. рис. 1).

Мост Р38 работает от сети переменного тока с напряжением 127 или 220 В, а также от внешней батареи с постоянным напряжением. Рабочая область показаний моста при работе на переменном и постоянном токе находится в пределах от 0.3 до 30000 Ом.

Реохордный мост смонтирован в пластмассовом ящике с крышкой.

Габариты прибора 150×230×300 мм. Вес не более 6 кг.

На крышке ящика размещена схема и краткие правила пользования прибором.

Все узлы и детали смонтированы на гетинаксовой панели. Сверху имеется дюралюминиевая панель, на которой выгравированы необходимые надписи.

В правом верхнем углу расположена шкала, по которой производится отсчет отношения плеч.

Влевом нижнем углу моста помещен гальванометр. Под ним переключатель гальванометра.

Влевом верхнем углу расположен переключатель сопротивлений сравнительного плеча. Зажимы для подключения измеряемого сопротивления Х находятся справа, зажимы внешнего питания (батарей) находятся слева; зажимы наружного индикатора нуля НГ (наружного гальванометра) находятся сверху. С левой стороны панели имеется гнездо для подключения напряжения 127 или 220 В, а под ним индикаторная лампочка, переключатель питания и предохранитель.

Рис. 1. Реохордный мост постоянного тока Р38

2.Правила работы с реохордным мостом постоянного тока Р38

1.Подвести к гнездам питания прибора напряжение переменного тока 220 В, переключатель питания поставить в положение «~».

ВНИМАНИЕ! При подключении переменного напряжения, вольтаж, указанный на вилке со стороны стрелки на корпусе, должен соответствовать подключаемому напряжению!

2.Измеряемое сопротивление Rx подключить к клеммам Х реохордного моста Р38 (справа, вверху).

3.Переключатель плеча сравнения установить в положение «установка нуля» и, установив переключатель «гальв.» в положение «точно», вращением корректора установить стрелку гальванометра в нулевое положение.

4.Установить переключатель «гальв.» в положение «грубо» и уравновесить мост вращением рукояток плеча сравнения и реохорда, затем перевести переключатель «гальв.» в положение «точно» и вращением рукоятки реохорда доуравновесить мост.

5.Произвести отсчет значений сопротивления сравнительного плеча «R» и отношения плеч «m» (по шкале). Определить значение измеряемого сопротивления по формуле:

Rx = m R (Îì).

Погрешность измерений сопротивлений от 0,3 Ом до 30 Ом – 5%,

от 30 Ом до 30 кОм – 1,5%.

3. Вывод расчетной формулы. Метод наименьших квадратов

Зависимость сопротивления проводников от температуры можно приближенно определить в виде линейной зависимости:

R(t) = R0 (1 + αt),

где α – температурный коэффициент сопротивления, который надо определить в данной работе; R0 – сопротивление проводника при 0°С, которое трудно определить в наших лабораторных условиях.

Для практического определения α и R0 необходимо определить со-

противление проводника при различных температурах и нанести эти значения на график R = R(t). На графике как можно ближе к нанесенным точкам провести по линейке прямую линию и по графику определить R0 и α. Но графический метод очень грубый и не дает представ-

ления о погрешностях. Нахождение коэффициентов в аналитических зависимостях по известным экспериментальным значениям производят на основе метода наименьших квадратов.

Рассмотрим метод наименьших квадратов (МНК) на примере простейшей линейной зависимости

y(x) = A + Bx

(1)

Если систематическая погрешность измерений уk отсутствует, случайные погрешности подчиняются распределению Гаусса с постоянной дисперсией, а погрешности последовательных измерений статистиче-

ски независимы, то вычисленные с помощью метода наименьших квадратов значения параметров А и В являются оценками максимального правдоподобия.

Наиболее правдоподобные значения коэффициентов A и B те, при которых график y = y(x) будет лежать ближе всего к эксперименталь-

ным точкам xk è yk . Математически это условие выражается в таком выборе параметров А и В, чтобы сумма квадратов отклонений ∑(yk −y(xk ))2 экспериментальных значений yk в точках xk от ана-

литических значений в этих же точках y(xk ) была минимальна. В нашем случае это температура tk и соответствующие ей сопротивления Rk – экспериментальное значение и R(tk ) = R0 (1 + αtk ) - вычисленное по формуле. Коэффициенты A = R0 , B = αR0 .

∑(yk −y(xk ))2 = ∑(yk − A −Bxk )2 =

k k

= ∑(yk2 + A2 + B2xk2 −2Ayk −2Bxkyk + 2ABxk ).

Данная сумма зависит от коэффициентов A и B, которые необходимо найти. Из теории математического анализа известно, что для нахождения минимума (экстремума) функции, необходимо приравнять нулю производные по варьируемым величинам:

∂∂A ∑k (yk − A −Bxk )2 = 0;

∂∂B ∑k (yk − A −Bxk )2 = 0.

После дифференцирования получим систему уравнений для определения параметров A и B:

2A∑1−2∑yk + 2B∑xk = 0;

k k k

2B∑xk2 −2∑xkyk + 2A∑xk = 0.

k k k

Учтем, что количество измерений N = ∑1, тогда:

	k
AN −∑yk + B∑xk = 0;		(2)
k	k
B∑xk2 −∑xkyk + A∑xk = 0.		(3)
k k	k

Введем обозначения:

∑xk ,

∑yk ,

∑xkyk ,

∑xk2 ,

∑yk2 .

x2 =

y2 =

N k

Решая систему уравнений (2) и (3) относительно A и B получим:

∑yk ∑xk2 −∑xk ∑xkyk

−x xy

A =

y x

(4)

(

)

x2 −(x)2

N∑xk2

−

∑xk

N∑xkyk −∑xk ∑yk

B =

xy −x y

(5)

(

)

x2 −(x)2

N∑xk2

−

∑xk

Будем считать, что случайные отклонения экспериментальных величин yk от наиболее вероятных y(xk ) = A + Bxk подчиняются рас-

пределению Гаусса. Тогда абсолютная погрешность определения величин yk будет определяться:

∆y =

(∆y

)2 + (∆y

)2 ,

(6)

ñë

ïð

∆y

= λ

∑(yk − A −Bxk )2

, или

ñë

α,n

N(N −1)

y2 + A2 + B2 x2 + 2AB

−2A

−2B

∆y

= λ

(7)

ñë

α,n

N −1

где ∆yïð

– приборная погрешность измерений, λα,n – коэффициент

Стьюдента для n степеней свободы.

Число степеней свободы n определяется как общее число наблюдений измеряемой величины N минус число уравнений, связывающих эти наблюдения. Для МНК уравнений связи два – это уравнения для определения параметров A и B, таким образом n = N −2 .

В таблицах коэффициенты Стьюдента λα,n приведены для прямых

измерений, для которых число степеней свободы n = N −1 . В случае прямых измерений, уравнение связи одно – это уравнение для опреде-

ления наиболее вероятного значения измеряемой величины или среднеарифметического от результатов измерения.

Коэффициенты A и B получены с помощью косвенных измерений. Считая что величины xk измерены точно, для определения абсолют-

ных погрешностей ∆А и ∆В применим формулы для косвенных измерений:

	∂A	2				∂B	2
			;	∆B =
∆A = ∑	∂y	∆yk	;	∆B =	∑	∂y	∆yk .
	∂y					∂y
k	k				k	k

Вычисляя производные и учитывая что для всех наблюдений ∆yk = ∆y , мы получим:

∑xk2

∆A =

∆y =

∆y;

(8)

N∑xk2 −N2 (x)2

−(x)2 )

∆B =

∆y

(9)

−(x)2 )

Подставляя в формулы (2) – (9) вместо xk значения температур tk , а вместо yk , соответствующие им значения сопротивлений Rk , опре-

делим температурный

коэффициент

сопротивления. Из формулы

R(tk ) = R0 (1 + αtk ) = A + Btk

следует что

A = R0 , B = αR0 и ис-

пользуя (4), (5) получим:

xy −x y

−(x)

α =

(

)

y x −x xy

−

α =

(10)

t2 −t

Для грубых прикидок, измерения можно провести при двух температурах t1 °C и t2 °C. Дляэтихтемпературможнозаписать:

R1 = R0 (1 + αt1), R2 = R0 (1 + αt2 ).

Разделив первое уравнение на второе, получим:

R1	=	1	+ αt1	.

R2		1	+ αt2

Отсюда:

α =	R2	−R1	.
α =			.
	R t −R t
	1 2	2 1

Таким образом, мы можем найти примерное значение α в интервале температур от t1 °C до t2 °C.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучить данную методическую разработку.

2.Сделать заготовку к лабораторной работе.

3.На черновике нарисовать таблицы № 1, 2. Выписать расчетные формулы.

4.Подготовить мост Р38 к работе Переключатель сопротивлений сравнительного плеча поставить на 100. Измеряемое сопротивление подключить к мосту и опустить в колбу с водой, которая нагревается электроплиткой. Температура воды измеряется термометром.

5.Измерения сопротивления произвести пять раз при различных температурах через каждые 10°С.

Таблица № 1

№ tk ,	t ,		Rk ,		,			A B ∆R , ∆A εA ∆B εB

		t2		R		R2	tR
°С	°С		Ом Ом					Ом	%	%

6. Заполнить таблицу № 1 (k = 1, 2, 3, 4, 5).

t 2

t ;

;

N ∑

∑

R 2;

R ; R2

t R ;

N ∑

t2 −

−

A =

;

B =

;

(t)2

(

t2 −


∆R	= λ	R2	+ A2	+ B2 t2 + 2AB t −2A		R	−2B	tR	,
∆R	= λ								,
ñë	α,N−2				N −1
					N −1

где λα,N−2 = 2,35 – коэффициент Стьюдента;

∆R = ∆Rñë2 + ∆Rïð2 ,

где ∆Rïð = Rk,maxεïð – приборная погрешность, определяется ум-

100

ножением максимального значения сопротивления на относительную погрешность измерений εïð = 5% и делением на 100%;

∆A =

∆R;

εA =

∆A

·100%;

N t

− (t)

∆B =

∆R

;

εB =

∆B

·100%.

N t

− (t)

Таблица № 2
A	εA	B	εB	α	∆α	εα
	%		%	К–1	К–1	%

7.Рассчитать значение температурного коэффициента сопротивления α и его относительную и абсолютную погрешности измерений.

α = BA ,

εα = εA2 + εB2 ,

∆α = α100·εα .

8.Заполнить таблицу № 2.

9.Построить график R = R(t) . Сделать вывод.

10.Оформить письменный отчет по лабораторной работе.

11.Выучить теорию по контрольным вопросам.

12.Отчитаться по лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Мощность во внешней цепи и коэффициент полезного действия

источника тока

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить зависимость полезной мощности и коэффициента полезного действия источника тока от сопротивления нагрузки.

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

Источник постоянного тока, реостат, вольтметр, миллиамперметр, ключ, соединительные провода.

ЛИТЕРАТУРА

1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. III. Электричество – М.: Физматлит, МФТИ, 2002.

2.Калашников С.Г. Электричество. – М.: Физматлит, 2003.

3.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. – М.: Астрель, Аст, 2003.

4.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.-М.: Высшая школа, 2000.

5.Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2001.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Нарисовать электрическую схему установки. Как в данной работе определяют внутреннее сопротивление источника тока r и его электродвижущую силу E ?

2.Дайте определение мощности источника тока. В каких единицах измеряется мощность?

3.Что понимают под полезной мощностью источника тока? При каких условиях полезная мощность максимальна?

4.Выведите зависимость полезной мощности от силы тока P = P(I). Постройте график.

5.Дайте определение коэффициента полезного действия источника тока. Выведите зависимость КПД источника от силы тока η = η(I) .

Постройте график.

6. .Какое требование предъявляется к силовым электрическим установкам?

7.Порядок выполнения лабораторной работы и обработки результатов измерений.

8.Дайте определения понятий и физических величин: электрический ток, сила тока, плотность тока, единица силы тока 1 А.

9.Дайте понятие проводников первого и второго рода. Какие частицы являются носителями заряда в проводниках I-го и II-го рода.

10.Назовите необходимые и достаточные условия для прохождения электрического тока в проводнике.

11.Формулы плотности тока для металлов и электролитов.

12.Дайте определения разности потенциалов, ЭДС и напряжения. Единицы их измерения. Дайте понятие сторонних сил.

13.Закон Ома для однородного участка цепи в дифференциальной и интегральной формах.

14.Закон Ома для неоднородного участка цепи в дифференциальной и интегральной формах.

15.Закон Ома для замкнутой цепи.

16.Дайте понятия: проводимость и сопротивление участка цепи, удельное сопротивление. Единицы их измерения.

17.Как зависит сопротивление проводника от его размеров?

18.Дайте определение температурного коэффициента сопротивления.

19.Запишите формулу зависимости сопротивления от температуры проводника I-го рода.

20.Объясните, почему сопротивление проводника I-го рода увеличивается с ростом температуры.

21.Как зависит от температуры сопротивление проводника II-го рода?

22.Выведите формулу общего сопротивления при последовательном соединении проводников.

23.Выведите формулу общего сопротивления при параллельном соединении проводников.

24.Сформулируйте и проиллюстрируйте правила Кирхгофа для разветвленной цепи.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ. МОЩНОСТЬ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

E,r

Пусть какой – либо источник с электродвижущей силой (ЭДС) E и внутренним сопро-

тивлением r замкнут на внешнюю цепь с сопротивлением R

(рис. 1).

Изменяя сопротивление внешней цепи R, меняем силу тока в цепи I и напряжение на внешнем участке цепи U.

Мощность, выделяемая во внешней цепи, является полезной:

P = UI = I2R = RE+ r 2

Ðèñ. 1

R = E 2	R	.	(1)
	(R + r)2

Из уравнения видно, что полезная мощность, развиваемая источником, зависит от величины внешнего сопротивления. Меняя внешнее сопротивление, можно получить во внешней цепи максимальную полезную мощность Pm. Значение сопротивления внешней цепи R = Rm, соответствующее максимальной мощности получим, дифференцируя выражение для полезной мощности (1) по R и приравнивая производную нулю:

	dP d				E	2	R							1						2R
	dP d				E		R				2			1						2R

=								2								2 −					3	=
=					R + r			2	= E				R + r			2 −			R + r		3	=
	dR dR				R + r			)				(	R + r			)		(	R + r		)
				(				)				(				)		(			)
															r − R
			2 r + R −						2R				2		r − R
		= E								= E										= 0.
		= E				r + R			3	= E					r + R			3		= 0.
					(	r + R			)					(	r + R		)
					(				)					(			)
Учитывая, что R и r всегда положительны, получим:
							R = Rm = r .															(2)

Мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения, если сопротивление R внешней цепи равно внутреннему сопротивлению r источника тока.

Рассмотрим, как полезная мощность зависит от силы тока в цепи. Когда источник тока работает на внешнюю цепь, то ток протекает так-

же и внутри источника, и поэтому некоторая мощность P′ идет на выделение тепла внутри источника. Эта мощность имеет значение:

P′ = I2 r .

Полная мощность источника P0 – это мощность выделяемая во всей

цепи:

P0 = EI .

Полезная мощность зависит от силы тока следующим образом:

P = P0 −P′ = EI −I2r = I(E −Ir) .

(3)

Отсюда видно, что полезная мощность P меняется с изменением силы тока I по параболическому закону. Полезная мощность обращается в нуль, если

I(E − Ir) = 0 .

Это дает два значения тока.

I1	= 0 , I2	= E .
		r

Первое решение соответствует разомкнутой цепи (R>>r), и второе – короткому замыканию (R<<r).

Исследуя данную функцию на максимум (беря производную и приравнивая нулю), получаем, что максимальное значение полезной мощности достигается при

E E

Im = Rm + r = 2r ,

т. е. когда сопротивление внешней цепи R равно внутреннему сопротивлению источника r.

Наибольшее возможное значение полезной мощности:

Pm = Im (E −Imr) =	E	E		=	E	2
Pm = Im (E −Imr) =	E −		r	=		.
		2r			4r
	2r	2r			4r

Зависимость КПД от силы тока выражается следующей формулой:

η =	P	=	P0 −P′	= 1−	P′	= 1−	I2r	= 1−	r	I .
	P0		P0		P0		EI		E

КПД достигает наибольшего значения η = 1 в случае разомкнутой цепи и затем, уменьшаясь по линейному закону, обращается в нуль при коротком замыкании.

Графики зависимости полезной мощности P = P(I)и КПД от силы тока η = η(I) показаны на рис. 2. Видно, что условия получения

наибольшей полезной мощности и наибольшего КПД несовместимы. Когда P достигает наибольшего значения Pm КПД ηm = 0,5 или 50%. Когда же КПД близок к единице, полезная мощность мала. В силовых электрических установках важнейшим требованием является получение высокого КПД, а для этого должно выполняться условие:

P′	=	I2r	=	Ir	=	r	<< 1	,
P0		IE		I(R + r)		R + r

т. е. внутреннее сопротивление r источника должно быть мало по срав-

нению с сопротивлением R нагрузки (сети). При этом мощность P′ , выделяемая внутри источника, мала по сравнению с полезной мощностью P в нагрузке.

В случае короткого замыкания R = 0, полезная мощность P = 0 и вся мощность выделяется внутри источника, что может привести к перегреву внутренних частей источника и выходу его из строя. По этой причине короткие замыкания мощных источников недопустимы.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучить данную методическую разработку.

2.Сделать заготовку к лабораторной работе.

3.На черновике нарисовать таблицу № 1. Выписать расчетные формулы.

4.Собрать электрическую схему рис 1. Определить цену деления приборов.

5.Установив реостат на полное сопротивление, замкнуть ключ, измерить максимальную силу тока Imax в цепи и минимальное напряжение на нагрузке R. Уменьшая сопротивление нагрузки, сделать 10 отсчетов силы тока Ik и напряжения Uk на нагрузке. Шаг изменения силы тока взять равным Imax /10 . Измерения внести в таблицу № 1.

6.Рассчитать внутреннее сопротивление r источника, группируя попарно полученные значения силы тока и напряжения при разных нагрузках, по формуле:

rk = Uk −Uk−1 , Ik−1 −Ik

где k = 2, 3, …, 10 – порядковые номера измерения.

В самом деле, если при силе тока I1 напряжение на нагрузке U1, а при силе тока I2 напряжение на нагрузке U2, то на основании закона Ома можно записать:

U1 = E −I1r , U2 = E −I2r .

Тогда, вычитая из одного уравнения другое получим:

U1 −U2 = I2r −I1r ,

r = U2 −U1 . I1 −I2

7. Определить среднее значение r внутреннего сопротивления:

∑rk

< r >= k=2 .

8. Зная внутреннее сопротивление, рассчитайте ЭДС:

Ek = Uk + Ik < r > , где k = 1, 2, 3 …, 10. 9. Определить среднее значение ЭДС:

∑Ek

< E >= k=1 .

10. Рассчитать полезную мощность по формуле:

Pk = Ik Uk ,

где k = 1, 2, 3 …, 10.

11.Построить график P = P(I) зависимости полезной мощности от силы тока.

12.По графику определить максимальное значение полезной мощности

Pm и соответствующее ему значение величины тока Im.

13. Из формулы:

<E >

ròåîð = 2Im

определить внутреннее сопротивление элемента. Полученный результат сравнить со средним значением r , определенным в пункте 7.

14. Вычислить КПД источника тока при разных нагрузках в цепи:

ηk

·100% ,

где k = 1, 2, 3, …, 10.

Таблица № 1

<E >

№ Ik

‹r› rтеор

<E >

ηk

ηm

мА

Ом

мВт

10.

15.Построить график η = η(I) зависимости КПД от силы тока.

16.Из графика определить ηm КПД соответствующее максимальной полезной мощности Pm , сравнить с теоретическим значением КПД

ηm,теор = 50%.

17.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу № 1.

18.Сделать вывод.

19.Оформить письменный отчет по лабораторной работе.

20.Выучить теорию по контрольным вопросам.

21.Отчитаться по лабораторной работе.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Основные определения и законы электростатики

1. Электростатическое поле

Электризация тел. При трении тела приобретают способность взаимодействовать. Это явление объясняется тем, что тела приобретают электрический заряд. Одноименно заряженные тела отталкиваются, разноименно заряженные тела притягиваются.

С современной точки зрения вещество состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые движутся вокруг ядра. Суммарный заряд электронов по модулю равен заряду ядра, поэтому атом в целом электрически нейтрален.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он покинул вещество и стал свободным.

При трении двух тел электроны переходят из тела, где работа выхода меньше, в тело, где работа выхода больше. Тела, откуда электроны ушли, заряжаются положительно, а тела, куда электроны пришли, заряжаются отрицательно.

В системе СИ заряд измеряется в Кулонах:

[q] = Êë = A·c .

Один Кулон – это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за одну секунду при силе тока один Ампер.

Элементарные заряды – это заряды электрона и протона. Заряды электрона и протона являются наименьшими зарядами, которые встречаются в природе.

e = −1,6 10−19 Êë p = +1,6 10-19 Êë

Закон сохранения электрического заряда. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной. Заряды либо переходят с одного тела на другое, либо рождаются и уничтожаются парами, причем заряд каждой пары равен по модулю и противоположен по знаку.

q1 + q2 + ... + qn = const .

Пример (β - распад)

n0 = p+1 + e−1 + ν0 .

Закон Кулона. Два точечных заряда в вакууме взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной произведению модулей зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между.

F = F = k

Í ì2

где: k =

= 9 10

– коэффициент пропорциональности,

4πε0

Êë2

ε0 = 8,85 10−12 Ôì - электрическая постоянная.

Электростатическое поле – это особая форма материи. Электростатическое поле образуется вокруг электрических зарядов. Главное свойство электростатического поля – действовать на заряды, помещенные в поле, с силой, пропорциональной величине заряда. Электростатическое поле является посредником при взаимодействии двух зарядов.

Напряженность электростатического поля в данной точке про-

странства – это вектор, равный силе, действующей со стороны поля на единичный, положительный, точечный заряд, помещенный в данную точку поля.

G F E = q .

Напряженность – это силовая характеристика электростатического поля. Вектор напряженности приписывается каждой точке пространства, где существует поле.

В системе СИ:

	Í		Â
[E] =		=		.

	Êë		ì

Найдем напряженность электростатического поля, созданного то-

чечным зарядом.

Пусть +Q заряд, создающий электрическое поле. Найдем напряженность в точке A, отстоящей от Q на расстояние r. Для этого в точку A поместим пробный заряд +q. Найдем силу, действующую на

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
29.03.201686.22 Кб14Лаб 5_MS WordGraph 13.docx
#
29.03.2016422.23 Кб13Лаб 8_ExcelДиагр 13.docx
#
08.05.2019266.75 Кб12Лаб 8_ССД_Calc.doc
#
08.05.2019688.64 Кб4Лаб 9_Base.doc
#
31.08.2019110.08 Кб4Лаб Нел. Кодер .doc
#
10.06.20151.61 Mб71Лаб раб № 1, 19, 2, 3, 4, 5, 6.pdf
#
10.06.20151.46 Mб28Лаб Раб № 8, 9, 10, 15, 16, 23.pdf
#
10.06.201521.13 Кб143Лаб2Отчет.docx
#
10.06.201525.36 Кб103Лаб3Отчет (Автосохраненный).docx
#
16.09.2019271.36 Кб6Лаб_работа_ИТ_3.doc
#
10.06.201553.25 Кб15Лаб_работа_ИТ_3_конверты.doc