Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

.pdf
Скачиваний:
324
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
161.82 Кб
Скачать

 

 

 

A

 

~ 220 В

1

V

R1

R2

2

 

 

 

 

Рис. 3.1. Электрическая схема установки: 1 и 2 – полюса источника тока,

V – вольтметр, А амперметр, R1 и R2 реостаты

Выражение (2.26) преобразуем так, чтобы напряжение на внешнем участке U имело вид:

U = ε − Jr .

(3.1)

Из формулы (3.1) видно, что напряжение является линейной функци- ей тока. Измерив значение тока J и напряжения U при различных величи- нах внешнего сопротивления R , можно построить график зависимости

U = f (J)(рис. 3.2). Точки пересечения графика с осями координат опре- деляют значения ε и JКЗ : при J = 0 U = ε , а при U = 0 J = Jкз , формулы (3.1),

(2.23).

U

ε

Jкз J

Рис. 3.2. Зависимость напряжения U от силы тока J в цепи источника тока

По измеренным значениям токов и напряжений можно рассчитать величины внешних сопротивлений R и мощностей PR , используя формулы

(2.16) и (2.18). Построив график зависимости PR = f (R) , нетрудно опре- делить из него максимальную полезную мощность PR max и соответствующее

ей внешнее сопротивление R = r , то есть найти и внутреннее сопро- тивление источника.

11

4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Заготовить таблицу 4.1.

2.Собрать электрическую схему, изображенную на рис. 3.1.

3.Включить источник тока.

4.Ввести реостаты и записать значение минимального тока Jmin .

Вывести реостаты и записать значение максимального тока Jmax , рассчитав J = 0,1(Jmax − Jmin ) .

5. Последовательно уменьшая с помощью реостатов ток на J , начи- ная с Jmax , произвести 9 – 10 измерений токов и напряжений.

6. Рассчитать полезную мощность PR и внешнее сопротивление R ,

используя формулы (2.18) и (2.16) соответственно. 7. Результаты измерений занести в таблицу 4.1.

8. Построить график U = f (J). Аппроксимируя полученный график

прямой линией (т.е. продолжая график до пересечения с осями), опреде- лить электродвижущую силу источника ε и ток короткого замыкания Jкз .

9. По полученным данным пункта 8 рассчитать внутреннее сопротив- ление источника r по формуле (2.29) и максимальную полезную мощность PR max по формуле (2.31).

10.Построить график PR = f (R) и определить из него максимальную полезную мощность PR max и величину внутреннего сопротивления r .

11.Сравнить r и PR max , полученные в пункте 10, с их значениями,

рассчитанными в пункте 9.

Таблица 4.1.

U , (B)

J , (A)

PR , (Вт)

R , (Ом)

5.ЗАДАНИЯ ПО УИРС

1.Измерить с помощью штангенциркуля и масштабной линейки диа- метр одного из реостатов D , длину намотки L и количество витков на единицу длины K .

12

2.Рассчитать с помощью измеренных величин диаметр d , длину l и площадь поперечного сечения S проводника реостата.

3.Определить численное значение удельной электропроводимости проводника реостата σ (полное сопротивление R1 или R 2 указано на рео-

стате. Оба реостата выполнены из одинакового материала).

4.Оценить величину скорости направленного движения электронов v

впроводнике реостата при токе, соответствующем максимальной полез- ной мощности (n0 = 8,5 ·1028 м-3).

6.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое ток и плотность тока?

2.Закон Ома в дифференциальной форме.

3.Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

4.Физический смысл ЭДС.

5.Дайте определение полной, полезной и потерь мощности.

6.При каком условии полезная мощность максимальна? Докажите.

7.Коэффициент полезного действия источника тока. Рассчитайте КПД при максимальной полезной мощности.

7.ПРИЛОЖЕНИЕ

7.1.Химические источники тока

Кхимическим источникам тока относятся гальванические элементы и аккумуляторы.

Рассмотрим ЭДС в гальваническом элементе. При погружении ме- таллического электрода в электролит (водный раствор кислоты, щелочи или соли) часть атомов металла переходит в раствор в виде положитель- ных ионов (рис. 7.1, а) сам же электрод оказывается при этом отрицатель- но заряженным. Между ним и электролитом возникает скачок потенциала. Но при этом усиливается и обратный процесс переход положительных ионов из раствора. Нарастание потенциала прекратится, когда эти два

процесса уравновесят друг друга, (рис. 7.1, а).

Если в электролит опустить еще один электрод, причем такой, который либо вообще не растворяется (уголь), либо растворяется слабо (медь), то около него скачок потенциала будет малым (рис.7.1, б) и между такими электродами образуется разность потенциалов, равная электродвижущей силе ε гальванической пары (рис 7.1, б).

13

a)Zn

Н2SO4

Zn2+

б)

Zn

1

 

φ

φ

L

Cu

2

ε

L

Рис. 7.1. Образование электрохимической разности потенциалов: а) между электродом и электролитом; б) между электродами гальванической пары

Если замкнуть цепь на нагрузку (соединить точки 1 и 2, рис.7.1, б), то воз- никнет ток как на внешнем, так и на внутреннем участках и падения на-

пряжения на них

JR + Jr = ε .

(7.1)

Однако для такого элемента не будет выполняться условие независимости

εи r от нагрузки. При прохождении тока через электролит происходит электролиз. На аноде (медный или угольный электрод) выделяется водо- род (ионы водорода отдают аноду свой заряд и нейтрализуются). Это уве- личивает r и уменьшает ε довольно быстро до нуля, поскольку пара "цинк-уголь" заменяется парой "цинк-уголь", покрытый водородом. Это на- зывается поляризацией электродов. Поэтому такая простая система, как пара электродов и электролит, никогда не используется. Обязательно до- бавляется деполяризатор, например, сильный окислитель.

На рис. 7.2, а приведен распространенный гальванический элемент с де- поляризатором оксидом марганца, кристаллы которого насыпаны в по-

ристый мешочек, окружающий угольный анод. В качестве электролита ис-

пользуется водный раствор хлорида аммония NH4СI, ионы NH4+ которого движутся к угольному, а ионы СI- к цинковому электроду. Если специаль- ной добавкой загустить электролит, а сам элемент плотно закрыть, полу- чается так называемый сухой элемент. В качестве эталонной меры разно- сти потенциалов используется нормальный элемент, (рис 7.2, б). Он дает

ε= 1,0186 В при 20°С.

14

а)

 

б)

 

4

2

 

1

 

3

 

 

3

 

 

 

 

2

4

 

 

 

5

1

 

 

Рис. 7.2. Химические источники тока: а) гальванический элемент с деполяризато- ром (1 – цинковая оболочка (катод), 2 – угольный стержень (анод), 3 – электро- лит, 4 – деполяризатор); б) нормальный элемент (1 – ртуть, 2 – смесь серной ки- слоты H2SO4 и сульфата кадмия CdSO4, 3 – кристаллы той же соли CdSO4, 4 –

насыщенный раствор того же сульфата CdSO4, 5 – амальгама кадмия, то есть

сплав кадмия с ртутью).

Описанные гальванические элементы источники тока разового пользования. После того как их емкость израсходована, они не подлежат восстановлению. Если же в гальваническом элементе можно осуществить все химические реакции в обратном направлении, таким образом снова зарядив элемент, то получится устройство многоразового пользования, называемое аккумулятором. Классификация гальванических элементов и

аккумуляторов осуществляется по химическому составу электродов и электролитов, по конструкции и форме. Химические источники имеют раз- личную продолжительность работы, режим разряда и массу, широко ис- пользуются в быту и в технике.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Калашников, С.Г. Электричество / С.Г. Калашников. – М. : Наука, 1982. – (с. 71–76)

2.Савельев, И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. – М. : Астрель, 2002. – Кн. 2 (с. 34–38).

3.Зисман, Г.А. Курс общей физики / Г.А. Зисман, О.М. Тодес. – М. :

Наука, 1994. – Т. 2 (с. 20–24).

15

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ .................................................

………………………… 3

2.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ...............................

………………………… 3

 

2.1. Характеристики электрического тока ...

………………………….3

2.2.Дифференциальная форма законов постоянного тока………. 4

2.3.Интегральная форма законов постоянного тона………………..6

2.4.Нагрузочная способность источника тока………..…………….. 9

3.

МЕТОД РАБОТЫ ..............................................

………………………...10

4.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ...............

………………………. 12

5.

ЗАДАНИЯ ПО УИРС.........................................

…………………………12

6.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................

…………………………13

7.

ПРИЛОЖЕНИЕ .................................................

…………………………13

 

7.1. Химические источники тока....................…………………………13

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................

…………………………15

16

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]