Работа 5 ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ N5
по дисциплине "Ф И З И К А"
«ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА»
Преподаватель:
студент гр. 0341
Санкт-Петербург
2001
Юбрин А.Н.
Протокол Наблюдений
Выполнил: Юбрин А.Н.
Дата:
Проверил:
1=
Источник G1
№
I, мА
R1,Ом
Uc, В
1
2
1
4
5
6
7
8
9
10
4
5
6
7
8
9
10
2=
Источник G2
№
I, мА
R1,Ом
Uc, В
3
2
3
Цель работы; экспериментальное исследование зависимости полезной
мощности, полной мощности и коэффициента полезного действия (КПД)
источника от отношения сопротивлений нагрузки и источника.
Приборы, и принадлежности: стенд для сборки измерительной цепи:
два источника с различными электродвижущими силами (ЭДС);
миллиамперметр и вольтметр; переменный резистор.
Методика измерений. Источник ЭДС  с внутренним сопротивлением Ri
нагруженный на внешнее сопротивление R1, создает в цепи ток (рис.1)
I=/(R1+Ri). Полная мощность P=EI, развиваемая источником, делится
между нагрузкой и источником следующим образом
Pe U e
R1



p

R1  Ri
Pi U i
Ri


 1
p

R1  Ri

Ri
R1
Рис 1.
где Pe=IUe -мощность, выделяющаяся в нагрузке (полезная); Pi=IUi
- мощность, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении источника;
e и i - падения напряжения на нагрузке и на внутреннем сопротивлении
источнике, соответственно;  - КПД источника. С увеличением внешнего
сопротивления от нуля (короткое замыкание) до бесконечности
(разомкнутая цепь) напряжение Ue возрастает от нуля до значения равного
ЭДС, а ток в цепи уменьшается от Iкз=/Ri при коротком замыкании до нуля
при разомкнутой цепи. Мощность Pe равна нулю как при коротком
замыкании, так и при разомкнутой цепи .Максимальная полезная мощность
Pe max достигается, когда R1=Ri, при так называемом согласовании
сопротивлений источника и нагрузки. В этом случае Pemax=2/4Ri .Полная
мощность Р с увеличением сопротивления нагрузки уменьшается и в режиме
согласования составляет P=2/(2Ri), т.е. половину мощности, развиваемой
источником в режиме короткого замыкания: Ркз=2/Ri.
Напряжение Ue в режиме согласования равно; половине ЭДС 
КПД источника равен нулю при коротком замыкании и единице при
разомкнутой цепи; в согласованном режиме =0,5.
Схема установки для исследования цепи постоянного тока представлена
на рис.2. Переключателем SB1 источники G1 и G2, с различными ЭДС и
внутренними сопротивлениями могут быть поочередно подключены к
нагрузке R1. Ток I
и напряжение Ue на резисторе R1. измеряют
миллиамперметром PA1 и вольтметром PV1. Режим разомкнутой цепи
осуществляется отключением нагрузки кнопкой SB2; показание вольтметра
при этом равно ЭДС источника.
Рис. 2.
Источник G1
№
I, мА
Uc, В
Pe,мВт
P,мВт
=Ue/
R1/Ri
1
9
0
2
8,4
0,6
3
7,8
1,2
4
7,2
1,8
5
6,4
2,4
6
5,8
3,0
7
5,0
3,6
8
4,2
4,2
9
3,6
4,8
10
2,4
5,8
0
5,04
9,36
12,96
15,36
17,4
18
17,64
17,28
13,92
66,6
62,16
57,72
53,28
47,36
42,92
37
31,08
26,64
17,76
0,00
0,08
0,16
0,24
0,32
0,41
0,49
0,57
0,65
0,78
0,000
0,088
0,194
0,321
0,480
0,682
0,947
1,313
1,846
3,625
Источник G2
№
I, мА
Uc, В
Pe,мВт
P,мВт
=Ue/
R1/Ri
Расчет лабораторной работы:
1=7,4В
2=6,2В
1
10
0
2
9,2
0,6
3
8,6
1
4
7,8
1,6
5
7,0
2
6
6,4
2,6
7
5,6
3
8
4,8
3,6
9
4
4
10
2,0
5
0
5,52
8,6
12,48
14
16,64
16,8
17,28
16
10
62
57,04
53,32
48,36
43,4
39,68
34,72
29,76
24,8
12,4
0,00
0,10
0,16
0,26
0,32
0,42
0,48
0,58
0,65
0,81
0,00
0,11
0,19
0,35
0,48
0,72
0,94
1,38
1,82
4,17
Мощность в режиме короткого замыкания:
Pemax=2/4Ri; Pкз=2/Ri=4Pemax
Pemax1=
Pemax2=
Pкз1=
Pкз2=
Сопротивления источников
R1=1/Pкз1=
R2=2/Pкз2=
Вывод: Путем экспериментального исследования источников 1 и 2 с
разной ЭДС (ЭДС1>ЭДС2) и разным сопротивлением R1>R2 было
получено, что у источника 1 полная полезная мощность меньше, чем у 2, но
КПД источника 1 больше чем у источника 2. Это связано с тем, что
сопротивление
прямо
пропорционально
мощности
и
обратно
пропорционально КПД.
Графики функций: Синий ЭДС1, Розовый ЭДС2.
P(R1/Ri)
(R1/Ri)
0,90
70
0,80
60
0,70
50
0,60
40
0,50
30
0,40
0,30
20
0,20
10
0,10
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
0,00
0,00
5,00
1,00
Pe(R1/Ri)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
2,00
3,00
4,00
5,00
Указания по выполнению наблюдений и обработке результатов
1. Собрать схему, включить установку.
2. Измерить ЭДС 1 источника G1
3. Подключить к источнику G1 внешнюю цепь. Меняя сопротивление
нагрузки R1 , измерить зависимость I=f(Ue). Изменение режима схемы
проводить равномерно от наименьшего до наибольшего показаний
миллиамперметра, сняв таким образом 10-12 совместных значений силы
тока и напряжения.
4 Повторить наблюдения по пп.2: к 3 с источником G2. 5. Вычислить для
каждой пары значений тока I.
и напряжения
Ue значения Р , Рe, ,
R1/Ri=UE/(E-UE) ДЛЯ ОБОИХ источников.
6. Построить на одном рисунке для каждого источника зависимости Р ,
Ре, , от отношения R1/Ri
7. По полученным дaнным определить для каждого источника P emax, Pкз
и внутренние сопротивления Ri, источников.