Описание установки
Для исследования зависимости полезной мощности и КПД источника тока от нагрузки необходимо рассмотреть электрические схемы представленные на рис. 1, 2, 3.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки.
На рис 2. представлена принципиальная электрическая схема
экспериментальной
установки, где в качестве амперметра
используется вольтметр, нагруженный
на шунт
.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема с шунтом.
В этом случае,
возможно измерить величину электрического
тока используя вольтметр типа «VM
– 70». Для этого необходимо измеренное
падение напряжения на шунте (
)
поделить на сопротивление шунта, равное
.
Рассчитанный ток будет изменяться в
(
).
Выбрать сопротивление шунта можно и
,
и
,
но тогда придётся при расчётах, показания
вольтметра делить на
–
соответственно.
На рис. 3 представлена принципиальная электрическая схема
экспериментальной
установки, где в качестве сопротивления
нагрузки и сопротивления шунта
,
используется магазин сопротивлений
типа «Р-33».
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема с шунтом и магазином
сопротивлений.
~ - источник переменного тока
V1 – вольтметр
V2 – вольтметр (используемый как амперметр).
– сопротивление
шунта.
На магазине сопротивлений, клеммы 6, 5, 4, 3 – обозначены
6 (
),
5 (
),
4 (
),
3 (
)
– соответственно.
На рис. 4, 5 представлены эскизный вид и схема соединений в экспериментальной установке.
Рис. 4. Эскизный вид экспериментальной установки:
1 – Вольтметр типа «VM – 70»
2 – Вольтметр типа «VM – 70»
3 – Источник переменного тока
4 – Магазин сопротивлений типа «Р – 33».
Рис. 5. Схема соединений в экспериментальной установке:
1 – Вольтметр типа «VM – 70»
2 – Амперметр типа «VM – 70»
3 – Источник переменного тока
4 – Магазин сопротивлений типа «Р – 33».
(рис 6а)
Гнездо вольтметра имеет конструкцию, указанную на рисунке (рис 6а).
К первому вольтметру подсоединяются два кабеля-проводника. Один идёт на центральную жилу, другой - на обмотку прибора (оплётка заземления). Проводник подключается при помощи переходника. Проводник, идущий на центральную жилу подключается к основному разъёму переходника, а тот проводник, который обычно служит заземлением – на отдельное боковое гнездо (на оплётку). Далее два конца проводника подключается к магазину сопротивлений как показано на рис.5. Следующим шагом будет подключение кабеля ко второму вольтметру аналогичным способом.
Ко второму вольтметру нужно подключить (вкрутить по часовой стрелке) другой проводник, состоящий из двух проводов, которые уже переплетены друг с другом и имеют выходной разъём для подключения такой же конструкции, как и переходник. Два других конца этого проводника также необходимо подключить к магазину сопротивлений к разъёмам, которые указаны на соответствующем рисунке.
При таком подключении второй вольтметр выполняет функцию миллиамперметра.
(рис. 6б)
Рис. 7. принципиальная схема магазина сопротивлений.
На магазине сопротивлений, клеммы 6, 5, 4, 3 – обозначены
6 ( ), 5 ( ), 4 ( ), 3 ( ) – соответственно, а цифры 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, расположенные друг под другом обозначают ключ, который находится в том или ином положении в зависимости от сопротивления, которое требуется.
Перед тем как
проделать упражнения необходимо
проверить режимы, выставленные на
вольтметрах. Значение Filter
включить
на «0». Ручку, характеризующую инерционность
вольтметра (постоянная времени) поставить
в крайнее левое положение (
).
Включить режим измерения переменного напряжения для
действующего
значения
.
УПРАЖНЕНИЯ
Измеряем показания вольтметра
,
замыкая его на источник тока без
сопротивлений. Величину, измеряемую
вольтметром, можно принять равной
электродвижущей силе.Увеличивая последовательно силу тока, доводим её до максимального значения. При этом получаем значения
.Проводим каждый эксперимент по три раза.
Находим среднее значение наших результатов.
Используя полученные значения, вычислим следующие величины:
,
,
.
Вносим результаты измерений и вычислений в таблицы.
Строим на одних и тех же осях графики зависимости полезной и полной мощности, и КПД.
Вывод. Оценка погрешностей.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что такое КПД источника питания электрической установки.
При каком соотношении внутреннего сопротивления источника и сопротивления внешней цепи в нагрузку отдается максимальная мощность? Каков при этом КПД источника?
Чему равен КПД в пределе очень больших и очень малых сопротивлениях нагрузки по сравнению с внутренним сопротивлением источника?
ЛИТЕРАТУРА
Калашников С.Г. Электричество.
Савельев И.В. Курс общей физики, т.2.
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 1989.
Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Руководство к лабораторным работам по физике. М.: Высшая школа, 1970. с.177.
Кортнев А.В., Рублёв Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. М.:
Высшая школа, 1965. с.331.