- •1. Погрешность однократного измерения
- •2. Обработка результатов многократных измерений одной и той же величины
- •3. Погрешности косвенных измерений
- •Работа № 1 изучение законов постоянного тока
- •1. Основные понятия
- •2. Законы постоянного тока
- •2.1. Закон Ома для участка цепи
- •2.2. Закон Джоуля - Ленца
- •2.3. Правила Кирхгофа
- •2. 4. Закон Ома в дифференциальной форме
- •Описание экспериментальной установки
- •Выполнение работы
- •5. Контрольные вопросы
- •Работа №6 изучение полупроводникового диода
- •Механизм проводимости полупроводника
- •Вольт – амперная характеристика p – n перехода
- •4. Полупроводниковый диод
- •5. Описание экспериментальной установки
- •6. Выполнение работы
- •7. Контрольные вопросы
- •Работа № 7 исследование мощности источника тока
- •1. Основные понятия
- •2. Описание экспериментальной установки
- •3. Выполнение работы
- •4. Контрольные вопросы
- •Работа № 8 изучение процессов заряда и разряда конденсатора
- •Процесс заряда конденсатора
- •Разряд конденсатора
- •Описание экспериментальной установки
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа №9 изучение дифференцирующих и интегрирующих цепей
- •Дифференцирующие цепи
- •И нтегрирующие цепи
- •Описание экспериментальной установки
- •Выполнение работы
- •5. Контрольные вопросы
- •Работа №12 изучение работы выпрямителей и сглаживающих фильтров
- •1. Однополупериодный выпрямитель
- •2. Сглаживающие фильтры
- •3. Двухполупериодные выпрямители
- •4. Описание экспериментальной установки
- •5. Выполнение работы
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа № 13 определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •1.Основные понятия
- •2. Описание экспериментальной установки
- •3. Выполнение работы
- •4. Контрольные вопросы
7. Контрольные вопросы
Проводимость в металлах, полупроводниках и диэлектриках.
Собственные и примесные полупроводники.
p – n переход. Вольт – амперная характеристика p – n перехода.
Полупроводниковый диод.
Работа № 7 исследование мощности источника тока
1. Основные понятия
Источником напряжения называется устройство, с помощью которого происходит разделение зарядов на концах проводника, т.е. на концах проводника поддерживается постоянная разность потенциалов.
Р ассмотрим цепь, содержащую последовательно соединенные источник, имеющий ЭДС и внутреннее сопротивление r0, а также нагрузочный резистор R. Эквивалентная схема такой цепи изображена на рис. 1.
Рис.1.
По внешней части цепи – резистору R – и по внутренней части цепи – внутреннему сопротивлению источника – протекает, естественно, один и тот же ток I, который можно определить, используя закон Ома:
|
|
(1) |
При силе тока I полная мощность, развиваемая источником, будет равна:
|
W0 = I |
(2) |
Это соотношение легко получить, разделив числитель и знаменатель в соотношении (3) из работы № 1 на время t, с учетом того, что, по определениям , q = I t.
Часть мощности тратится бесполезно внутри элемента на нагревание его внутренних частей. Эту часть мощности называют мощностью внутренних потерь.
Она равна, согласно закону Джоуля – Ленца:
|
W1 = I 2 r0 |
(3) |
Мощность, развиваемая во внешней цепи, может быть использована для практических целей, поэтому ее называют полезной мощностью.
Если разность потенциалов на зажимах внешней цепи U, то полезная мощность:
|
W = IU |
(4) |
Чтобы выяснить зависимость полезной мощности от силы тока, удобно выразить ее как разность между полной и потерянной мощностью:
|
W = I - I 2r0 = I ( - I r0) |
(5) |
Из уравнения (5) следует, что кривая, выражающая зависимость полезной мощности от силы тока, является параболой. Она касается оси тока в двух точках, т.е. полезная мощность может быть равна нулю в двух случаях:
1) при I = 0, когда цепь разомкнута (внешнее сопротивление R ),
2) при - I r0 = 0.Это достигается при R, стремящемся к нулю (режим короткого замыкания).
Условием максимума функции зависимости полезной мощности от тока является равенство нулю производной
|
, откуда. ‑ 2 Imax r0=0, |
(6) |
где Imax – сила тока, соответствующая максимальной полезной мощности. Далее следует, что
|
|
(7) |
Сравнив (7) и (1), получим, что полезная мощность достигает максимального значения при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений R = r0.
Отношение полезной мощности источника к его полной мощности называется коэффициентом полезного действия (КПД).
|
|
(8) |
Напряжение во внешней цепи U меньше Э.Д.С. на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении, поэтому можно написать:
|
|
(9) |
Из формулы (9) следует, что с увеличением силы тока линейно убывает.
Для выяснения зависимости от сопротивления удобно представить его в виде:
|
|
(10) |
Поделив числитель и знаменатель на R, получим:
|
|
(11) |
Отсюда следует, что при , 1. Однако при этом полезная мощность стремится к нулю, поэтому условие наибольшего значения коэффициента полезного действия с практической точки зрения не представляет интереса.
При R = r0, когда полезная мощность достигает максимума, , a , т.е. 50 %.