Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

КАФЕДРА ФИЗИКИ ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ N5 по дисциплине "Ф И З И К А" «ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА» Преподаватель: студент гр. 0341 Юбрин А.Н. Санкт-Петербург 2001

Протокол Наблюдений

Выполнил: Юбрин А.Н.

Дата:

Проверил:

Источник G₁ ₁=

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I, мА
R1,Ом
Uc, В

Источник G₂ ₂=

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I, мА
R1,Ом
Uc, В

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  с внутренним сопротивле­нием R_i нагруженный на внешнее сопротивление R1, создает в цепи ток (рис.1) I=/(R₁+R_i). Полная мощность P=EI, развиваемая источником, делится между нагрузкой и источником следующим образом



R_i R₁

Рис 1.

где P_e=IU_e -мощность, выделяющаяся в нагрузке (полезная); P_i=IU_i

• мощность, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении источника;

_e и _i - падения напряжения на нагрузке и на внутреннем сопротивлении источнике, соответственно;  - КПД источника. С увеличе­нием внешнего 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=/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 случае P_emax=²/4R_i .Полная мощность Р с увеличением сопротивления нагрузки уменьшается и в режиме согласования составляет P=²/(2Ri), т.е. половину мощности, развиваемой источником в режиме короткого замыкания: Р_кз=²/R_i.

Напряжение U_e в режиме согласования равно; половине ЭДС 

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.2. Переключателем SB₁ источники G₁ и G₂, с различными ЭДС и внутренними сопротивлениями могут быть поочередно 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.

Рис. 2.

Расчет лабораторной работы:

Источник G₁ ₁=7,4В

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I, мА	9	8,4	7,8	7,2	6,4	5,8	5,0	4,2	3,6	2,4
Uc, В	0	0,6	1,2	1,8	2,4	3,0	3,6	4,2	4,8	5,8
Pe,мВт	0	5,04	9,36	12,96	15,36	17,4	18	17,64	17,28	13,92
P,мВт	66,6	62,16	57,72	53,28	47,36	42,92	37	31,08	26,64	17,76
=Ue/	0,00	0,08	0,16	0,24	0,32	0,41	0,49	0,57	0,65	0,78
R1/Ri	0,000	0,088	0,194	0,321	0,480	0,682	0,947	1,313	1,846	3,625

Источник G₂ ₂=6,2В

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I, мА	10	9,2	8,6	7,8	7,0	6,4	5,6	4,8	4	2,0
Uc, В	0	0,6	1	1,6	2	2,6	3	3,6	4	5
Pe,мВт	0	5,52	8,6	12,48	14	16,64	16,8	17,28	16	10
P,мВт	62	57,04	53,32	48,36	43,4	39,68	34,72	29,76	24,8	12,4
=Ue/	0,00	0,10	0,16	0,26	0,32	0,42	0,48	0,58	0,65	0,81
R1/Ri	0,00	0,11	0,19	0,35	0,48	0,72	0,94	1,38	1,82	4,17

Мощность в режиме короткого замыкания:

P_emax=²/4R_i; P_кз=²/R_i=4P_emax

P_emax1= P_emax2=

P_кз1= P_кз2=

Сопротивления источников

R₁=₁/P_кз1= R₂=₂/P_кз2=

Вывод: Путем экспериментального исследования источников 1 и 2 с разной ЭДС (ЭДС1>ЭДС2) и разным сопротивлением R1>R2 было получено, что у источника 1 полная полезная мощность меньше, чем у 2, но КПД источника 1 больше чем у источника 2. Это связано с тем, что сопротивление прямо пропорционально мощности и обратно пропорционально КПД.

Графики функций: Синий ЭДС1, Розовый ЭДС2.

P(R₁/R_i) (R₁/R_i)

P_e(R₁/R_i)

Указания по выполнению наблюдений и обработке результатов

1. Собрать схему, включить установку.

2. Измерить ЭДС ₁ источника G₁

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

4 Повторить наблюдения по пп.2: к 3 с источником G₂. 5. Вычислить для каждой пары значений тока I. и напряже­ния U_e значения Р , Р_e, , R₁/R_i=u_e/(e-u_e) для обоих источников.

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

7. По полученным дaнным определить для каждого источника P_emax, P_кз и внутренние сопротивления R_i, источников.