Творческие
лабораторные работы по физике
 
<<< К СОДЕРЖАНИЮ
МЕТОД. ЗАМЕЧАНИЯ
ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИВерсия для печати
Л/р № 14. Исследование работы источника тока в зависимости от нагрузки.

Цель работы: Определить статические параметры источника тока электродвижущую силу ε и внутреннее сопротивление r , а также как зависят основные характеристики электрической цепи (напряжение U, сила тока I, полезная мощность P, коэффициент полезного действия η) от сопротивления нагрузки R, чтобы определить оптимальное значение нагрузки R источника тока.

Оборудование: Источник тока, реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Вводная часть: Величины, характеризующие работу источника тока делятся на статические и динамические. Знание характера поведения этих величин позволяет разумно использовать ресурсы источников тока. Познакомимся с ними в теории и на практике, чтобы в итоге работы иметь возможность сформулировать, какова оптимальная нагрузка на источник тока.
Статические параметры не меняются при изменении нагрузки. К ним относятся электродвижущая сила ε и внутреннее сопротивление r источника. Для химических источников они лишь немного меняются со временем (ε - падает, r - увеличивается).
Динамические, напротив, сильно зависят от нагрузки. К ним относятся сила тока I, напряжение U, полезная мощность P, коэффициент полезного действия η и др.
Статические характеристики наряду с нагрузкой R определяют поведение динамических, поэтому ε и r считают главными характеристиками источника тока.
Наша задача узнать эти характеристики и увидеть, как они зависят от сопротивления нагрузки. На практике самые легко измеряемые параметры электрической цепи напряжение U (с помощью вольтметра) и сила тока I (с помощью амперметра).
Измерив их, мы легко определим остальные.
Мощность P = IU.
Сопротивление R = U/I.
Коэффициент полезного действия η = U/ε.
ЭДС ε и внутреннее сопротивление r источника найдем, используя пару, измеренных нами в ходе работы, значений тока и напряжения. Лучше брать неблизкие значения, например:
U1 + I1rI = εI  ;   Взяв еще два уравнения,
можно будет найти еще пару значений ε и r:
    U2 + I2rII = εII  ;
U5 + I5rI = εI U6 + I6rII = εII
а по ним вычислить средние значения εср и rср, что даст большую точность: εср = (εI+ εII)/2; rср = (rI + rII)/2.
Откладывая по горизонтальной оси значения R, а по вертикальной оси значения I, U, P, η (в соответствующем масштабе), получим нужные нам графики зависимостей, а по ним определим оптимальные нагрузки R для источника тока.

Ход работы:Схема для л/р
Самих прямых измерений здесь будет немного (I, U), а, вот, дома придется посидеть, посчитать и порисовать. Много лучше ход работы разработать самим. В крайнем случае, смотри подсказку.
Контрольные вопросы:
1. При каком значении нагрузки R достигается наибольший ток I в нагрузке? Каковы при этом значения других параметров U, P, η? Насколько выгодно эксплуатировать источник тока в таком режиме?
2. При каком значении нагрузки R достигается наибольшее напряжение U на нагрузке? Каковы при этом значения других параметров I, P, η? Насколько выгодно эксплуатировать источник тока в таком режиме?
3. При каком значении нагрузки R достигается наибольшая мощность P в нагрузке? Каковы при этом значения других параметров I, U, η? Насколько выгодно эксплуатировать источник тока в таком режиме?
4. При каком значении нагрузки R достигается наибольший КПД η источника тока? Каковы при этом значения других параметров I, U, P? Насколько выгодно эксплуатировать источник тока в таком режиме?
5. Сравните между собой ответы на предыдущие 4 вопроса. Какое значение нагрузки R является самым оптимальным для работы вашего источника тока?

<<< К СОДЕРЖАНИЮ
© 1975-2013. Н.В. Смирнов
Яндекс цитирования