 |
Исследование изменения полезной мощности и кпд
|
|
|
|
ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ЕГО НАГРУЗКИ
Цель работы: исследовать зависимость полезной мощности и кпд источника тока от нагрузки.
Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, реостат, 2 ключа.
Теоретическое введение
Электрическая цепь, как правило, состоит из источника тока, подводящих проводов и потребителя тока или нагрузки. Каждый из этих элементов цепи обладает сопротивлением. Сопротивление подводящих проводов обычно очень мало, поэтому им можно пренебречь. Согласно закона Ома для замкнутой цепи ток I в цепи
,
где R – сопротивление нагрузки;
r – сопротивление источника тока;
Е – электродвижущая сила источника тока.
Полная мощность N, развиваемая источником тока и выделяемая во всей цепи, равна:
N=IE (1) или 
В нагрузке выделяется только часть этой мощности, которую мы называем полезной мощностью:
(2)
или 
, (3)
где U – напряжение на нагрузке,
R – сопротивление нагрузки.
Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой э.д.с. в цепи:
(4)
Формулы (2) и (4) являются расчетными для полезной мощности и кпд источника тока.
Подставив в формулу (4) выражения U=IR и E=I(R+r), получим формулу, выражающую зависимость кпд от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока:
(5)
Из этой формулы следует, что кпд будет тем больше, чем больше сопротивление нагрузки R по сравнению с сопротивлением r источника тока. Поэтому сопротивление источника тока стремятся делать как можно меньшим.
Найдем соотношение между R и r, при котором полезная мощность, отбираемая от данного источника тока, будет наибольшей. Для этого продифференцируем формулу (3) для полезной мощности 
по R и приравняем производную к нулю:
|
|
|
Отсюда находим, что имеет максимум при R = r (другое решение 
соответствует минимуму полезной мощности). Следовательно, чтобы отобрать от данной э.д.с. наибольшую полезную мощность, нужно взять сопротивление нагрузки R, равное сопротивлению r источника тока. Согласно формуле (5) кпд в этом случае составляет 50%.
Порядок выполнения работы
1. Собрать электрическую цепь по схеме
 |
Е
2. При разомкнутом ключе замкнуть ключ и измерить э.д.с. Е источника тока. Значение э.д.с. внести в таблицу.
3. Замкнуть ключ и реостатом установить минимальный ток I во внешней цепи. Записать показания амперметра и вольтметра.
4. Увеличивая последовательно силу тока I и фиксируя соответствующие значения напряжения U, доводят ее до максимального значения (указания об изменении тока дает преподаватель).
5. Полученные значения тока I и напряжения U занести в таблицу и по формулам (2) и (4) рассчитать полезную мощность 
и к.п.д. 
.
6. Построить в одной и той же координатной плоскости графики зависимости полезной мощности от силы тока и к.п.д. от силы тока, т.е. 
, 
.
Таблица
| № | E, B | I, A | U, B | , Вт
| 
|
Контрольные вопросы
1. Дайте определение электрического тока.
2. Каковы условия существования тока.
3. Дайте определения силы тока, э.д.с., напряжения. В каких единицах измеряются эти величины.
4. Запишите и сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи; для замкнутой цепи
5. Запишите формулы полезной и полной мощностей тока
6. При каких условиях полезная мощность будет иметь максимальное значение? Чему равен при этом кпд источника тока?
Литература
1. Курс общей физики А.С. Шубин
2. Курс физики Р.И. Грабовский
|
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ
|
|
|
