3. Экспериментальное определение мощности

Для исследования зависимости полезной мощности и коэффициента полезного действия источника от сопротивления нагрузки используется схема, изображенная на рис.2.

Рис. 2. Cхема экспериментальной установки

При таком расположении электроизмерительных приборов (амперметра Аи вольтметраV, с внутренними сопротивлениямиr_Aиr_V cоответственно), мощность, выделяемую на внешнем сопротивленииRудобно рассчитывать по формуле

, (8)

где U- разность потенциалов между точкамиаиdсхемы, измеряемая вольтметром.

Величину сопротивления Rможно найти косвенным образом по показаниям приборов, воспользовавшись законами Кирхгофа. Записав первый закон Кирхгофа для узлаа ,

второй для контура авсd

и учитывая, что , получаем:

. (9)

Как правило, сопротивление вольтметра , существенно больше величины измеряемого сопротивления и токомпротекающим через вольтметр пренебрегают, рассчитывая величину внешнего сопротивления по упрощенной формуле

. (10)

Можно показать (предлагается студентам это сделать самостоятельно), что величина относительной погрешности, возникающая при таком упрощении, определится выражением

. (11)

С другой стороны, проводя измерения тока Iи напряженияUс помощью амперметра и вольтметра и находя косвенным образом величину сопротивленияR, мы допускаем приборную погрешность

, (12)

где IиU- систематические погрешности электроизмерительных приборов, определяемые их классом точности. Вполне очевидно, что если определяющей является погрешность приборов (а не метод), то пренебрежение током, текущим через вольтметр является оправданным и расчет сопротивленияRможно проводить по упрощенно формуле (10).

4. Проведение эксперимента и обработка результатов

1. Собрать электрическую цепь, изображенную на рис.2.

2. Установить максимальное значение сопротивления R, включить электрическую цепь и рассчитать для данного случая погрешности (11) и (12), сделать вывод о целесообразности использования формулы (9) или (10).

3. Уменьшая сопротивление R, вычислить для каждого тока и напряжения значенияRиP_е, данные занести в таблицу. Получить не менее 10 значенийRиP_е, обязательно проходя через максимум функции (6).

Таблица

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U, В
I,А
R,Ом
Pе,Вт


4. По полученным данным построить график зависимости Р_е = Р_е(R).

5. Из полученной графической зависимости определить внутреннее сопротивление источника тока и используя (5) вычислить и занести в таблицу значения КПД. Построить на прежних координатных осях зависимость  = (R).

6. Используя (7) и график функции (6), определить ЭДС источника и рассчитать мощность Р_К.З., развиваемую им в режиме короткого замыкания (R = 0).Найти экспериментальное отношениеР_К.З/(Р_е)_maxи сравнить его с теоретическим значением.