Лабораторная работа №6
ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ТОКА
ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследовать зависимость полезной и полной мощности источника тока от сопротивления нагрузки. Определить внутреннее сопротивление и э.д.с. источника тока.
ЛИТЕРАТУРА. 1. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество. М.:”Просвещение”,1970, §§53,64-70,196,197. 2. Калашников С.Г. Электричество. М.: ”Наука”, 1977, §§41-75. 3. Савельев И.В. Курс общей физики. Кн.2. Электричество и магнетизм. М.:”Наука”, 1998, §§3.1,3.2,Гл.5.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Любую цепь постоянного тока схематически можно представить источника тока с электродвижущей силой e, внутренним сопротивлением r и внешнего сопротивления R (рис.1). Сторонние силы совершают работу по перераспределению зарядов, поддерживая на клеммах источника постоянную разность потенциалов. Силы электрического поля на сопротивлении R совершают работу, которую можно преобразовать в другие виды энергии. При токе I выделяется полезная мощность (мощность тока):
. (1)
Работа электрических сил на внутреннем сопротивлении источника преобразуется в теплоту. Мощность потерь будет: 
. (2)
Для мощности источника имеем:
. (3)
Исключая из (1) силу тока, получим явную зависимость полезной мощности от сопротивления. Согласно закону Ома для замкнутой цепи:
. (4)
Из выражения (1) следует: 
(5)
Полезная мощность источника изменяется от нуля при R = 0, проходит через максимум при Rmах=r, (6)
а затем убывает, стремясь к нулю при R®¥. Максимальное значение полезной мощности определяется из: 
. (7)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ часть. Зависимость мощности от внешнего сопротивления определяется в цепи приведенной на рисунке 2. В качественагрузки источника тока используется магазин сопротивлений. На выходных клеммах можно получить сопротивление до 10 кОм с шагом.01 Ом. Его значение определяется положением 6‑ти декадных переключателей магазина.
|
|
Изменение R следует проводить при разомкнутом ключе. Ключ замыкается только на время проведения измерения. Установив требуемое значение сопротивления, измеряют амперметром ток. Значения R, I записывают в виде таблицы. По данным таблицы вычисляются P, Pe Pп .
Диапазон вариации R для исследования следует из анализа выражения (4). При R =0 ток максимальный – I0. Изменяя R, можно добиться тока равного 0.25 I0. Найденное таким образом значение R можно принять за верхнюю границу диапазона.
ЗАДАНИЕ
1. Собрать цепь согласно с рисунком 1. Изучить устройство магазина сопротивлений
2. Снять зависимость тока I от внешнего сопротивления R. Рассчитать полезную мощность по формуле (5) и вычертить график зависимости Рп =P(R).
3. По графику определить Рпмах и внутреннее сопротивление r = Rмах. Рассчитать электродвижущую силу источника тока e.
4. Рассчитать и вычертить графики Pе и P в зависимости от R.
5. Оценить ошибку измерений r и e.
ВОПРОСЫи УПРАЖНЕНИЯ.
1. Что называется полезной и полной мощностью? Написать формулы для получения этих величин.
2. На основании формулы (5) вывести соотношения (6) и (7).
3. Сопротивление амперметра входит в R или r?
4. Как рассчитать э.д.с. и внутреннее сопротивление батареи из нескольких одинаковых источников тока, соединенных: а) последовательно; б) параллельно?
5. Как зависит к.п.д. источника тока в зависимости от R? Провести анализ зависимости.
|
|
6. Как связаны значения R, для которых мощность одинакова?