Laboratorijske vježbe iz fizike, određivanje elektromotorne sile

LEKCIJA 8/8

Predmet. Laboratorijski rad br. 1 "Određivanje EMF-a i unutarnjeg otpora izvora struje"

Cilj lekcije: eksperimentalno odrediti glavne karakteristike izvora istosmjerna struja- EMF i unutarnji otpor.

Vrsta sata: sat kontrole i provjere znanja.

Oprema: Istosmjerni izvor, ampermetar, voltmetar, reostat, ključ, spojne žice.

NAPREDAK

1. Prikupiti strujni krug prema shemi:

2. Postavite klizač reostata približno u srednji položaj, izmjerite struju I1 i napon U1.

4. Izračunajte unutarnji otpor r i EMF izvora struje.

5. Rezultate mjerenja i izračuna upišite u tablicu:

		U1, B	U 2, B	r, Ohm

6. Zapišite svoj zaključak: što ste mjerili i koji je rezultat?

7. Za izračun pogreške upotrijebite metodu procjene pogreške neizravnih mjerenja i pronađite granice rm ax i rm u kojima se pravo značenje unutarnji otpor:

8. Pronađene vrijednosti zapišite u donju tablicu.

9. Odredite srednju vrijednost r se g i apsolutnu pogrešku mjerenja Δr pomoću formula:

10. Odredite relativnu pogrešku mjerenja:

11. Rezultate izračuna upiši u tablicu:

U1maks	U1min	U2maks	U 2 min	ja 1maks	ja 1 min	ja 2maks	ja 2 min

rmax	rmin	r se g

12. Zapišite rezultat u obliku r = r se g Δr, zamjenjujući numeričke vrijednosti pronađenih količina u ovu formulu.

Ako studenti brzo završe laboratorijski rad, tada ih na kraju lekcije možete zamoliti da urade samostalan rad br. 3.

Ako ima vremena u razredu za dovršetak samostalan rad neće biti, onda se može pitati kod kuće.

Laboratorijski rad br.8

Predmet: "Definicija elektromotorna sila i unutarnji otpor izvora struje».

Cilj: naučiti odrediti elektromotornu silu i unutarnji otpor izvora električna energija.

Oprema: 1. Laboratorijski ampermetar;

2. Izvor električne energije;

3. Spajanje žica,

4. Skup otpora 2 Ohma i 4 Ohma;

5. Jednopolni prekidač; ključ.

Teorija.

Pojava potencijalne razlike na polovima bilo kojeg izvora rezultat je razdvajanja pozitivnih i negativnih naboja u njemu. Do ovog odvajanja dolazi zbog rada vanjskih sila.

Nazivaju se sile neelektričnog podrijetla koje djeluju na slobodne nositelje naboja iz izvora struje vanjske sile.

Prilikom kretanja električni naboji U krugu istosmjerne struje vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje vrše rad.

Fizička veličina jednaka omjeru rada A st vanjskih sila pri pomicanju naboja q unutar izvora struje i vrijednosti tog naboja naziva se elektromotorna sila izvor (EMF):

EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja.

Elektromotorna sila, kao i potencijalna razlika, mjeri se u volti[U].

Za mjerenje EMF izvor, potrebno je pridružiti njemu voltmetar s otvorenim strujnim krugom.

Izvor struje je vodič i uvijek ima neki otpor, tako da struja stvara toplinu u njemu. Ovaj otpor se zove unutarnji otpor izvora i označavaju r.

Ako je krug otvoren, tada se rad vanjskih sila pretvara u potencijalnu energiju izvora struje. U zatvorenom krugu ta se potencijalna energija troši na rad premještanja naboja vanjski krug s otporom R iu unutarnjem dijelu kruga s otporom r, tj. ε = IR + Ir .

Ako se krug sastoji od vanjskog dijela s otporom R i unutarnjeg dijela s otporom r, tada će, prema zakonu održanja energije, EMF izvora biti jednaka zbroju napona na vanjskom i unutarnji dijelovi strujnog kruga, jer kada se kreće duž zatvorenog kruga, naboj se vraća u prvobitni položaj, gdje IR je napon na vanjskom dijelu kruga, i Ir- napon na unutarnjem dijelu kruga.

Dakle, za dio kruga koji sadrži EMF:

Ova formula izražava Ohmov zakon za kompletan krug : jakost struje u cijelom strujnom krugu izravno je proporcionalna elektromotornoj sili izvora i obrnuto proporcionalna zbroju otpora vanjskog i unutarnjeg dijela kruga.

ε i r mogu se odrediti eksperimentalno.

Često su izvori električne energije međusobno povezani kako bi napajali krug. Spajanje izvora na bateriju može biti serijsko ili paralelno.

Na serijska veza dva susjedna izvora povezana su suprotnim polovima.

Odnosno, za serijsko spajanje baterija, na "plus" električni dijagram spojite pozitivni pol prvog akumulatora. Pozitivni terminal drugog akumulatora spojen je na njegov negativni pol, itd. Negativni terminal posljednje baterije spojen je na "minus" električnog kruga.

Dobivena baterija u serijskom spoju ima isti kapacitet kao jedna baterija, a napon takve baterije jednak je zbroju napona baterija koje su u njoj uključene. Oni. Ako baterije imaju isti napon, tada je napon baterije jednak naponu jedne baterije pomnoženom s brojem baterija u bateriji.

1. EMF baterije jednak je zbroju EMF pojedinačnih izvoraε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . Ukupni otpor baterije izvora jednak je zbroju unutarnjih otpora pojedinačnih izvora r baterije = r 1 + r 2 + r 3

Ako je na bateriju spojeno n istih izvora, tada je EMF baterije ε = nε 1, a otpor baterije r = nr 1

Na paralelna veza spojiti zajedno sve pozitivne i sve negativne polove dva ilin izvora.

Odnosno, paralelnim spojem baterije su spojene tako da su pozitivni polovi svih baterija spojeni na jednu točku električnog kruga ("plus"), a negativni polovi svih baterija spojeni su na drugu točku strujnog kruga. ("minus").

Spajati samo paralelno izvori S isti EMF. Dobivena baterija u paralelnom spoju ima isti napon kao i jedna baterija, a kapacitet takve baterije jednak je zbroju kapaciteta baterija koje su u njoj uključene. Oni. ako su baterije istih kapaciteta, tada je kapacitet baterije jednak kapacitetu jedne baterije pomnoženom s brojem baterija u bateriji.

1. EMF baterije istovjetnih izvora jednaka je EMF jednog izvora.ε= ε 1 = ε 2 = ε 3

2. Otpor baterije manji je od otpora jednog izvora r baterije = r 1 /n
3. Jačina struje u takvom krugu prema Ohmovom zakonu

Električna energija akumulirana u bateriji jednaka je zbroju energija pojedinačnih baterija (umnožak energija pojedinačnih baterija, ako su baterije iste), bez obzira na to jesu li baterije spojene paralelno ili serijski.

Unutarnji otpor baterija proizvedenih istom tehnologijom približno je obrnuto proporcionalan kapacitetu baterije. Stoga, budući da je s paralelnom vezom kapacitet baterije jednak zbroju kapaciteta baterija koje su u njoj uključene, tj. povećava se, unutarnji otpor se smanjuje.

Napredak.

1. Nacrtajte tablicu:2. Razmotrite ljestvicu ampermetra i odredite vrijednost jednog podjeljka.
3. Napravite električni krug prema dijagramu prikazanom na slici 1. Postavite prekidač u srednji položaj.

Slika 1.

4. Zatvorite krug uvođenjem manjeg otpora R 1 1 . Otvori strujni krug.

5. Zatvorite krug uvođenjem većeg otpora R 2 . Zapišite trenutnu vrijednost I 2 . Otvori strujni krug.

6. Izračunajte vrijednost EMF i unutarnji otpor izvora električne energije.

Ohmov zakon za cijeli krug za svaki slučaj: I

Odavde dobivamo formule za izračunavanje ε i r:

7. Rezultate svih mjerenja i izračuna zapišite u tablicu.

8. Izvedite zaključak.

9. Odgovorite na sigurnosna pitanja.

KONTROLNA PITANJA.

1. Proširite fizičko značenje pojma "elektromotorna sila izvora struje".

2. Odredite otpor vanjskog dijela kruga, koristeći rezultate dobivenih mjerenja i Ohmov zakon za cijeli krug.

3. Objasnite zašto se unutarnji otpor povećava kada su baterije spojene u seriju, a smanjuje kada su baterije spojene paralelno u usporedbi s otporom r 0 jedna baterija.

4. U kojem slučaju voltmetar spojen na stezaljke generatora pokazuje EMF generatora, a u kojem slučaju napon na krajevima vanjskog dijela strujnog kruga? Može li se taj napon smatrati i naponom na krajevima unutarnjeg dijela strujnog kruga?

Mogućnost mjerenja.

Iskustvo 1. Otpor R 1 =2 Ohma, struja I 1 =1,3 A.

Otpor R 2 =4 Ohma, struja I 2 =0,7 A.

PRVA VISOKA TEHNIČKA INSTITUCIJA RUSIJE

MINISTARSTVO OBRAZOVANJA I ZNANOSTI RUSKE FEDERACIJE

savezna državna proračunska obrazovna ustanova visokog obrazovanja

strukovno obrazovanje

"NACIONALNO RUDNO SVEUČILIŠTE "RUDARSTVO"

Izvješće o laboratorijski rad №5

Po disciplini: Fizika

Predmet: Energija izvora struje

Završeno:

student APN – 15 /Jakimova A.N. /

(potpis) (puno ime)

PROVJERENO:

Nadglednik: docent ________________ /Stoyanova T.V. /

Zavod za OTF(potpis) (puno ime)

(radno mjesto)

Sankt Peterburg

Cilj rada : 1. Određivanje unutarnjeg otpora i ems različitih izvora električne energije. 2. Određivanje načina usklađivanja izvora i opterećenja. 3. Studija ovisnosti korisnih i puna moć, razvijen strujnim izvorom, i njegov koeficijent djelovanja (učinkovitost) iz otpora opterećenja.

Teorijske osnove rada u laboratoriju

Fenomen koji se koristi u ovom radu je promjena magnetskog toka kružne struje u prostoru.

Struja - svako uređeno (usmjereno) kretanje električnih naboja.

Za smjer struje uzima se smjer kretanja pozitivnih nositelja.

D.C - struja čija se jakost i smjer struje ne mijenjaju s vremenom.

Za nastanak i postojanje električne struje potrebna je, s jedne strane, prisutnost slobodnih nositelja struje - nabijenih čestica sposobnih za uredno kretanje, as druge strane, prisutnost električnog polja, energija koja bi se, nekako nadopunjena, trošila na njihovo uredno kretanje.

Za postojanje istosmjerne struje potrebno je u strujnom krugu imati uređaj koji je sposoban stvarati i održavati razliku potencijala uslijed rada sila neelektričnog podrijetla (vanjske sile). Takvi uređaji se nazivaju strujni izvori .

Osnovni zakon korišten u ovom radu - Ohmov zakon . Za homogeni dio kruga to izgleda ovako: jakost struje u vodiču izravno je proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu vodiča.

Ohmov zakon za zatvoreni krug:

Snaga struje – skalar fizička količina, određen električnim nabojem koji prolazi kroz presjek vodiča u jedinici vremena. Ovo je kvantitativna karakteristika električne struje.

Ovaj trenutna vrijednost jakost struje

Otpornost – vrijednost koja karakterizira otpor vodiča prema električnoj struji. Za homogeni linearni vodič duljine l i površine presjeka S otpor je jednak:

napon – generalizirani koncept razlike potencijala. Fizička veličina određena radom koji izvrši ukupno polje elektrostatičkih (Coulombovih) i vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja u određenom dijelu kruga.

U= 1 - 2 + 12, gdje je ( 1 - 2) potencijalna razlika, V. 12 je elektromotorna sila u određenom dijelu kruga, V.

Potencijalna razlika – fizikalna veličina određena radom sila polja pri pomicanju jediničnog pozitivnog naboja od točke s većim potencijalom do točke s nižim.

Elektromotorna sila (EMF) – fizikalna veličina određena radom vanjskih sila pri premještanju jednog pozitivnog naboja od točke s nižim potencijalom do točke s višim potencijalom:

Vlast Rad koji se izvrši u jedinici vremena naziva se:

Trenutna vrijednost snage

Za zatvoreni krug, snaga je jednaka:

Korisna snaga naziva se snaga oslobođena na vanjskom otporu:

Puna moć je zbroj snaga dodijeljenih vanjskim i unutarnjim otporima:

Faktor učinkovitosti izvor struje naziva se omjer korisne snage prema ukupnoj:

Puna snaga dostiže svoje najveća vrijednost pri R=0 (slučaj kratkog spoja) i opada s porastom vanjskog otpora. Najveća vrijednost korisne snage postiže se pri R=r.

Dijagram instalacije:

- EMF izvora struje;

V - voltmetar;

A - ampermetar;

R-reostat.

Osnovne formule za izračun:

1) Elektromotorna sila izvora struje (EMF)

2) Korisna snaga

3) Puna snaga

4) Učinkovitost

Izravne pogreške mjerenja:

Pogreške neizravnih mjerenja:

Apsolutna pogreška EMF

- korijen srednje kvadratne pogreške EMF-a

Apsolutna unutarnja pogreška otpornost

- korijen srednje kvadratne pogreške unutarnje. otpornost

Tablice rezultata mjerenja i proračuna:

Tablica 1 – Rezultati mjerenja i proračuna parametara nestabiliziranog izvora električne energije.