Потужність джерела визначається за такою формулою. Для повної потужності можна записати

ДЖЕРЕЛА ПОСТОЯННОГО СТРУМУ В ЗАЛЕЖНОСТІ

ВІД ЙОГО НАВАНТАЖЕННЯ

Мета роботи: дослідити залежність корисної потужності та ккд джерела струму від навантаження.

Прилади та приладдя: джерело постійного струму, амперметр, вольтметр, реостат, 2 ключі.

Теоретичне введення

Електричний ланцюг, як правило, складається з джерела струму, проводів, що підводять, і споживача струму або навантаження. Кожен із цих елементів ланцюга має опір. Опір проводів, що підводять, зазвичай дуже мало, тому їм можна знехтувати. Відповідно до закону Ома для замкнутого ланцюга струм I в ланцюгу

де R - Опір навантаження;

r – опір джерела струму;

Е – електрорушійна силаджерела струму.

Повна потужність N, що розвивається джерелом струму і виділяється у всьому ланцюзі, дорівнює:

N=IE (1) або

У навантаженні виділяється лише частина цієї потужності, яку ми називаємо корисною потужністю:

або , (3)

де U - напруга на навантаженні,

R – опір навантаження.

Коефіцієнтом корисної дії джерела струму називається відношення корисної потужності до повної потужності, що розвивається е.р.с. у ланцюгу:

(4)

Формули (2) і (4) є розрахунковими для корисної потужності та ккд джерела струму.

Підставивши у формулу (4) вирази U=IR та E=I(R+r), отримаємо формулу, що виражає залежність ккд від опору навантаження та внутрішнього опору джерела струму:

(5)

З цієї формули випливає, що ккд буде тим більше, чим більший опір навантаження R у порівнянні з опором джерела струму r. Тому опір джерела струму прагнуть робити якнайменшим.

Знайдемо співвідношення між R і r, при якому корисна потужність, що відбирається від джерела струму, буде найбільшою. Для цього продиференціюємо формулу (3) для корисної потужності R і прирівняємо похідну до нуля:

Звідси знаходимо, що має максимум за R = r (інше рішення відповідає мінімуму корисної потужності). Отже, щоб відібрати від цієї е.р.с. найбільшу корисну потужність, потрібно взяти опір навантаження R, що дорівнює опору r джерела струму. Згідно з формулою (5) ккд у цьому випадку становить 50%.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричний ланцюгза схемою

2. При розімкнутому ключі замкнути ключ і виміряти е.р.с. Є джерела струму. Значення е.р.с. внести до таблиці.

3. Замкнути ключ і реостатом встановити мінімальний струм I в зовнішнього ланцюга. Записати показання амперметра та вольтметра.

4. Збільшуючи послідовно силу струму I і фіксуючи відповідні значення напруги U доводять її до максимального значення (вказівки про зміну струму дає викладач).

5. Отримані значення струму I та напруги U занести до таблиці та за формулами (2) та (4) розрахувати корисну потужність і к.п.д. .

6. Побудувати в одній і тій же координатній площині графіки залежності корисної потужності від сили струму і т.п. від сили струму, тобто. , .

Р о = I e (6)

тобто. повна потужність лінійно залежить від сили струму I у навантаженні. Корисна потужність розраховується за формулою

P = I U (7)

Якщо скористатися законом Ома для замкнутого ланцюга (8) або U = IR = e - Ir (9),

отримаємо P = I e - I 2 r(10)

З цієї формули випливає, що корисна потужність P зі збільшенням сили струму I у навантаженні змінюється за параболічним законом.

Можна виділити три режими джерела струму:

1) режим холостого ходу або обрив ланцюга R = ¥;

2) режим навантаження 0< R < ¥;

3) режим короткого замикання R=0.

Корисна потужність P дорівнює нулю за I = 0 (режим 1) і за I кз = /r (режим 3). У режимі навантаження найвигіднішим є випадок, коли корисна потужність досягає

максимуму. Відповідне значення сили струму I * можна знайти з умови P / I = 0:

I * = =(11)

Максимальна корисна потужність P max = (12)

Порівнюючи (8) і (11) бачимо, що корисна потужність максимальна при R = r (13).

Для ККД джерела справедливе наступне вираження з урахуванням (9)

h= = = 1 - I (14)

Так як і rпостійні величини для даного джерела залежність від I носить лінійний характер, причому = 1 при I = 0 і = 0 в режимі короткого замикання.

ОПИС УСТАНОВКИ

Схема установки дана на рис.4. Частина

установки Iє активним двополюсні-

кому, точки 1 і 2 - його вихідні клеми. Ця

нік струму, служить моделлю досліджуваного

джерела струму, едс і внутрішній опір-

лення якого рівні.

;

Частина Псхеми - ланцюг навантаження містить два резистори: високоомний R н1 і низькоомний R н2 , а також вольтметр V і амперметр А.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Перевірте справність ланцюгів. Встановіть максимальний опір резисторів Rн1 і Rн2, повертаючи їх рукоятки до упору проти годинникової стрілки. Тумблери "Мережа" та "Навантаження" повинні бути вимкнені.

2. Увімкніть живлення установки та цифрового вольтметра.

3. У режимі холостого ходу (навантаження відключено) напруга на вихідних клемах двополюсника дорівнює ЕДС досліджуваного джерела . Значення слід визначити кілька разів: на початку, у середині та наприкінці вимірювань. Під час обробки результатів використовуйте середнє значення< >.

4. Зніміть залежність напруги U від сили струму I у навантаженні,змінюючи її опір від R = до R = 0 .

Число експериментальних пар значень має бути не менше 15 .

5. Розрахуйте корисну, повну потужності, ккд, а також опір навантаження R у кожному випадку.

6. Побудуйте графіки залежності корисної, повної потужності та ккд від сили струму в навантаженні, розмістивши їх в одному полі.

7. Знайдіть внутрішній опірджерела r. Перевірте, чи виконується умова (13).

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Напишіть закон Ома для ділянки ланцюга, замкнутого ланцюга.

2. Що таке ЕДС джерела струму? Як визначити ЕДС експериментально?

3. Що називають корисною потужністю джерела струму? Як залежить ця потужність від сили струму в

навантаження? За якої умови значення корисної потужності має максимальне значення?

4. Що таке повна потужність джерела струму? Яка її залежність від сили струму у навантаженні?

5. Що таке ккд джерела? Який ккд за максимальної корисної потужності?

6. Які режими можна виділити для джерела струму? Як змінюється опір навантаження

при переході від неодруженого ходу до короткого замикання? Який режим найбільш

сприятливий?

ЛІТЕРАТУРА:

Схожа інформація: