Опис схеми для вимірювання
Теоретичні відомості
Повне коло складається з джерела струму, е.р.с. якого ε і внутрішній опір r, та зовнішнього опору R. Сила струму I в такому колі визначається законом Ома для повного кола:
 | (1) |
При проходженні струму частина енергії джерела витрачається в зовнішній ділянці кола, а частина – у внутрішній. Робота струму в зовнішній частині кола дорівнює I2Rt, у внутрішній– I2rt.
Повна робота:
| А = I2Rt + I2rt. | (2) |
Потужність – це фізична величина, яка дорівнює відношенню роботи до часу:
Поділивши (2) на t, одержимо:
| P = I2R + I2r = Pk + Pi. | (3) |
Перший доданокPк=I2R визначає потужність струму в зовнішній частині кола, цю потужність називають корисною потужністю.Другий доданокPi =I2 r –це потужність струму у внутрішній частині кола.
З (1) одержимо:
I(R + r) =ε ;
тепер (10.3) можна подати у виді:
| Р = I2(R + r) = Іε. | (4) |
К.к.д. джерела струму називають відношення корисної потужності до повної:
 . | (5) |
Вираз для Рк перетворимо, використавши (10.1):
 | (6) |
З виразу (6) видно, що Ркдорівнює нулю у двох випадках: при короткому замиканні (R = 0) і при розімкнутому колі (R = ¥).
Досліджуючи вираз (6) як функцію f(R) на екстремум, можна показати, що корисна потужність має максимум при R = r; максимальне значення корисної потужності дорівнює:
 | (7) |
Згідно з виразом (5), к.к.д. в цьому випадку дорівнює h = 0,5 або h = 50%.В багатьох випадках такий к.к.д. є невигідним. К.к.д. дорівнює 100%, якщо коло розімкнене (R= ∞), але при цьому Рк = 0. Таким чином, одержати одночасно і максимальну корисну потужність і максимальний к.к.д. неможливо.
В електроенергетиці намагаються забезпечити високий к.к.д. установок. Для цього потрібно, щоб опір зовнішньої частини кола R був більший від внутрішнього опору r джерела.
Опис схеми для вимірювання
Схема установки зображена на рис. 1.Вона складається з послідовно з’єднаних джерела струму, додаткового опору, магазину опорів, міліамперметра та вимикача. Як джерело струму використовується лужний акумулятор. В цьому акумуляторі анод виготовлено з гідроокису нікелю NI(OH)2, а катод – з дрібнозернистого заліза. Електроліт – 20%-ний розчин КОН. Нормальне значення е.р.с. акумулятора дорівнює 1,3 В. Лужні акумулятори мають менші е.р.с. і к.к.д. ніж кислотні, але більш зручні в користуванні.
Акумулятори мають дуже малий внутрішній опір, порівняний з опором з’єднувальних провідників. Оскільки необхідно дослідити роботу акумулятора при опорах R як більших, так і менших r, то в схему включають додатковий опір, який штучно збільшує опір акумулятора. На схемі цей опір позначено як внутрішній опір r. Виставляючи з допомогою магазину опорів зовнішній опір R, слід враховувати опір амперметра RA, тобто R = Rм+ RА, де Rм – опір магазину.
Хід роботи
1. Складіть коло за схемою рис.10.1.
2. Запишіть в робочий зошит значення додаткового опору r та опору амперметра: r=40 Ом, RA=5 Ом на межі вимірювання 100 мА. (Значення r, RA атакож п.3 уточніть у викладача!)
3. Замкніть ключ. Змінюйте опір магазину Rм від 5 до 95 Ом через кожні 10 Ом, а потім до 295 Ом через 50 Ом. Щоразу вимірюйте силу струму в колі. Результати запишіть в таблицю (не забудьте, що R = Rм+RА).
4. Розімкніть ключ і обчисліть для кожного значення R корисну потужність Рк і к.к.д. h:
; 
.
5. Побудуйте графіки залежностей Рк(R) і h(R). Зробіть висновок.
Контрольні запитання
1. Сформулюйте Закон Ома для повного кола
2. В яких одиницях вимірюються робота і потужність електричного струму?
3. Що називають к.к.д. джерела струму?
4. З якою метою в схему включають додатковий опір? З яких міркувань вибране його значення?
Для запису результатів можна рекомендувати таку таблицю (нагадуємо, що r = 40 Ом;RА = 5 Ом):
Табл. 1
| Rм, Ом | R = Rм + RA, Ом | I, × 10-3A | Pк, Bт | h, % |
| .... | .... | |||