Для полной мощности можно записать

Р_о = I e (6)

т.е. полная мощность линейно зависит от силы тока I в нагрузке. Полезная мощность рассчитывается по формуле

P = I U (7)

Если воспользоваться законом Ома для замкнутой цепи (8) или U = IR = e - Ir (9),

получим P = I e - I² r(10)

Из этой формулы следует, что полезная мощность P при увеличении силы тока I в нагрузке меняется по параболическому закону.

Можно выделить три режима для источника тока:

1) режим холостого хода или обрыв цепи R = ¥;

2) режим нагрузки 0 < R < ¥;

3) режим короткого замыкания R = 0.

Полезная мощность P равна нулю при I = 0 (режим 1) и при I_кз = /r (режим 3). В режиме нагрузки наиболее выгодным является случай, когда полезная мощность достигает

максимума. Соответствующее значение силы тока I * можно найти из условия ¶P/¶I = 0:

I^* = = (11)

Максимальная полезная мощность P_max = (12)

Сравнивая (8) и (11) , видим, что полезная мощность максимальна при R = r (13).

Для кпд источника справедливо следующее выражение с учетом (9)

h= = = 1 - I (14)

Так как и r постоянные величины для данного источника то зависимость от I носит линейный характер, причем = 1 при I = 0 и = 0 в режиме короткого замыкания.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Схема установки дана на рис.4 . Часть

установки Iявляется активным двухполюсни-

ком, точки 1 и 2 – его выходные клеммы. Эта

часть, содержащая потенциометр R_п и источ-

ник тока , служит моделью исследуемого

источника тока, эдс и внутреннее сопротив-

ление которого равны.

;

Pис.4

Часть Псхемы - цепь нагрузки содержит два резистора: высокоомный R _н1 и низкоомный R _н2, а также вольтметр V и амперметр А .

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Проверьте исправность цепей. Установите максимальное сопротивление резисторов R _н1 и R_н2 , вращая их рукоятки до упора против часовой стрелки. Тумблеры "Сеть" и "Нагрузка" должны быть выключены.

2. Включите питание установки и цифрового вольтметра.

3. В режиме холостого хода (нагрузка отключена) напряжение на выходных клеммах двухполюсника равно эдс исследуемого источника . Значение следует определить несколько раз: в начале, в середине и в конце измерений. При обработке результатов используйте среднее значение < >.

4. Снимите зависимость напряжения U от силы тока I в нагрузке,меняя ее сопротивление от R = до R = 0 .

Число экспериментальных пар значений должно быть не меньше 15 .

5. Рассчитайте полезную, полную мощности, кпд, а также сопротивление нагрузки R в каждом случае.

6. Постройте графики зависимости полезной, полной мощности и кпд от силы тока в нагрузке, разместив их в одном поле.

7. Найдите внутреннее сопротивление источника r . Проверьте, выполняется ли условие (13).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Напишите закон Ома для участка цепи, для замкнутой цепи.

2. Что такое эдс источника тока? Как определить эдс экспериментально?

3. Что называют полезной мощностью источника тока? Как зависит эта мощность от силы тока в

нагрузке? При каком условии значение полезной мощности имеет максимальное значение?

4. Что такое полная мощность источника тока? Какова ее зависимость от силы тока в нагрузке?

5. Что такое кпд источника? Каков кпд при максимальной полезной мощности ?

6. Какие режимы можно выделить для источника тока? Как меняется сопротивление нагрузки

при переходе от холостого хода к короткому замыканию? Какой режим наиболее

благоприятен?

ЛИТЕРАТУРА: [2. § 31,33-35; 3. § 5.2;6.8]