Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Топ:
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Интересное:
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Дисциплины:
2017-09-10 | 682 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Цель работы: опытное определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока. Изучение зависимости полезной, полной мощности и КПД источника тока от величины нагрузки.
Теоретическое введение
Электрический ток проводимости возникает под действием электрического поля. Носителями электрического тока в металлах являются свободные электроны. Основной характеристикой электрического тока является сила тока.
Силой тока называется скалярная физическая величина, равная отношению заряда dq, переносимого через рассматриваемую поверхность (сечение проводника) за некоторый малый промежуток времени dt, к длительности этого промежутка:
. (8.1)
Для участка цепи экспериментально было установлено, что сила тока пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника (закон Ома):
, (8.2)
где U – напряжение на концах проводника, R – электрическое сопротивление.
Для поддержания в цепи постоянного тока проводимости необходимо, чтобы на носители тока действовали, помимо кулоновских сил, еще какие-то иные, неэлектрические, силы, называемые сторонними силами. Они могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей заряда в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими (но не электростатическими) полями, порожденными меняющимися во времени магнитными полями и т.д. Под действием создаваемого поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи поддерживается постоянная разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.
Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Физическая величина, определяемая отношением работы, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда вдоль цепи, к величине этого заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) , действующей в замкнутой цепи или на ее участке. Следовательно, если работа сторонних сил по перемещению заряда dq по электрической цепи равна dАстор., то, по определению:
. (8.3)
Электрическая цепь состоит, как правило, из источника тока, подводящих проводов и потребителя тока или нагрузки. Ток в замкнутой цепи определяется по закону Ома:
, (8.4)
где r – внутреннее сопротивление источника тока, R – сопротивление внешней цепи, т.е. сопротивление подводящих проводов и нагрузки. Как правило, сопротивление подводящих проводов мало, и им часто пренебрегают.
При прохождении тока по цепи совершается работа. Так как работа кулоновских сил по перемещению заряда по замкнутой цепи равна нулю (электростатическое поле потенциально), то работа по перемещению заряда dq по замкнутой цепи будет определяться только работой сторонних сил и будет равна, как следует из (8.3),
. (8.5)
Разделив работу dA на время dt, за которое она совершается, получим мощность, развиваемую источником тока:
(8.6)
Подставив в эту формулу вместо тока I его значение из (8.4), получим для полной мощности, выделяемой во всей цепи, выражение
. (8.7)
В нагрузке выделяется только часть этой мощности:
. (8.8)
Здесь dAН – работа по переносу заряда на однородном участке цепи с разностью потенциалов Δφ=U = RI. Мощность РН назовем полезной мощностью. Остальная мощность расходуется в источнике тока и оказывается бесполезной.
Отношение полезной мощности ко всей мощности P, развиваемой ЭДС в цепи, определяет коэффициент полезного действия (КПД) источника тока:
. (8.9)
Из этой формулы следует, что КПД будет тем больше, чем больше сопротивление нагрузки R по сравнению с сопротивлением источника r. Поэтому сопротивление источника тока стремятся сделать как можно меньшим.
Мощность, развиваемая данным источником тока, зависит от сопротивления нагрузки R. Она максимальна при коротком замыкании (R ®0, см. формулу (8.7)):
, (8.10)
но в этом случае вся мощность выделяется в самом источнике и оказывается совершенно бесполезной. С ростом сопротивления нагрузки R полная мощность убывает, стремясь к нулю при R ® ¥.
Можно получить соотношение, при котором полезная мощность, отбираемая от данного источника тока, будет наибольшей. Для этого нужно выражение (8.8) по R и приравнять производную к нулю:
.
Отсюда находим, что РН имеет максимум при R=r (другое решение R = ¥ соответствует минимуму РН). Следовательно, чтобы отобрать от данной ЭДС наибольшую полезную мощность, нужно взять сопротивление нагрузки, равное сопротивлению источника тока. КПД при этом, как следует из (8.9), равен 0.5.
Экспериментальная часть
Приборы и оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, реостат.
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!