Теория лабораторной работы. Полная электрическая мощность, выделяемая в цепи, слагается из мощностей

Рис. 16.

На рис. 16 представлена цепь постоянного тока, где – внутреннее сопротивление источника тока, – электродвижущая сила, а R– сопротивление нагрузки.

Полная электрическая мощность, выделяемая в цепи, слагается из мощностей, выделяемых во внешней и во внутренней частях цепи:

.

Так как , то

, (14).

Эта мощность выделяется за счет работы сторонних сил источника тока.

По закону Ома сила тока в цепи: и достигает максимального значения при (ток короткого замыкания):

.

С ростом , сила тока стремится к нулю. Наибольшего значения мощность достигает при токе короткого замыкания.

Мощность во внешней цепи (полезная мощность) равна:

. (15).

Наибольшего значения достигает при .

В этом случае:

.

Коэффициент полезного действия:

. (16)

При неограниченном возрастании , коэффициент полезного действия стремится к 1.

ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Ознакомиться с работой схемы (рис.16).

2. Замкнуть ключ ( – разомкнут).

Строго говоря, вольтметр покажет разность потенциалов между точками с и d:

,

где – показания вольтметра, соответственно ток через вольтметр и его сопротивление. Однако, при большом , показания вольтметра будут мало отличаться от , т.е. приблизительно равно : .

3. Установить на магазине сопротивлений и замкнуть . Амперметр покажет ток короткого замыкания . Зная , вычислить внутреннее сопротивление источника тока:

4. Изменяя сопротивление нагрузки (см. п. 5), значения тока и напряжения занести в таблицу 1 (не менее 20 - 24 измерений).

Таблица 1.

ε = ____ В; = ____, А; = ____, Ом.
№ измерения

5. С целью получения точных результатов рекомендуется изменять значение на магазине со следующим шагом :

В диапазоне от 0 до 2 сопротивление на магазине следует изменять с шагом . В интервале близком к изменение . В интервале изменение .

6. Обесточить установку.

7. По результатам измерения , , вычислить по формулам (14), (15), (16) значения и .

8. Построить зависимости , и , откладывая значения по оси абсцисс (рис.17).

9. Произвести соответствующие расчёты по формулам и экспериментальное определение искомых величин по графику (табл. 2).

10. Проанализировать результаты, сделать вывод.

Таблица 2

Расчёт по формулам			Эксперимент (по графику)
	,	А		,	А
	,	В		,	В
	,	Вт		,	Вт
=	,	Вт		,	Вт
=	,	%		,	%

Рис.17.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Согласно обозначениям на шкалах электроизмерительных приборов, используемых в данной работе, указать назначение прибора, тип тока, безопасность, класс точности, систему измерительного механизма, рабочее положение при эксплуатации.

2. По классу точности электроизмерительных приборов, используемых в данной работе, вычислить их абсолютную (инструментальную) погрешность и указать к какой группе приборов (прецизионным, техническим или внеклассовым) они относятся.

3. Какие силы называются сторонними? Привести примеры таких сил.

4. Какой участок цепи называется неоднородным?

5. Что называется ЭДС? Единица её измерения.

6. Напряжение на неоднородном участке цепи?

7. Закон Ома для неоднородного участка цепи.

8. Какую физическую величину (эдс или напряжение) измерит вольтметр, подключённый к зажимам источника тока,

– при разомкнутой внешней цепи?

– при замкнутой внешней цепи?

9. Что называется полезной и полной мощностью электрической цепи?

10. Выведите выражение для полной и полезной мощности в цепи постоянного тока.

11. При каком значении сопротивления нагрузки полезная мощность максимальна?

Литература

1. Майсова Н.Н. Практикум по курсу физики.- М.: Высш.школа, 1970.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. М.: Наука, 1982. Т.1.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Механика. М.: Наука, 1979.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. Школа, 1985.

5. Хайкин С.Э. Физические основы механики.- М.: Наука, 1971

6. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1985.