Лабораторная работа №10. «Изучение закона Ома для полной

Лабораторная работа №10.
«Изучение закона Ома для полной цепи – 3 способ».
Цель работы: изучить закон Ома для полной цепи.
Задачи работы:

определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника постоянного тока по его вольтамперной характеристике;

исследование графической зависимости мощности, выделяющейся во внешней цепи от
величины силы электрического тока P  f I  .
Оборудование: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, соединительные провода,
ключ, реостат.
Теория и метод выполнения работы:
Закон
I

Rr
Ома
для
полной
цепи
I

Rr
.
Преобразуем
   I  R  r   I  R  I  r  U  I  r    U  I  r  U    I  r .
выражение
Следовательно,
зависимость напряжения на выходе источника постоянного тока от величины силы тока (вольтамперная характеристика) имеет вид (см. рис. 1):
рис. 1
Анализ вольт-амперной характеристики источника постоянного тока:
1) для т.C: I=0, тогда U    0  r  
2) для т.D: U=0, тогда 0    I  r    I  r  I 
3) tg 
U


r
I
I к .з

 I к .з
r
Выражение для мощности, выделяющейся во внешней электрической цепи имеет вид
P  I  U  I    I  r   I    I 2  r . Поэтому графическая зависимость P  f I  представляет
собой параболу, ветви которой направлены вниз (см. рис. 2).
рис. 2
Анализ графической зависимости P  f I  (см. рис. 3):
рис. 3
1) для т.B: P=0, тогда
0  I   I 2  r  0    I  r  I 

r
 I к. з.
, т.е. абсцисса т.B
соответствует току короткого замыкания;
2) т.к. парабола является симметричной, то абсцисса т.А составляет половину тока короткого
замыкания I 
3) т.к. в т.А I 
I к. з.


, а ордината – соответствует максимальному значению мощности;
2
2r

Rr
и I

2r
, то после преобразований получаем R=r – условие, при
котором мощность выделяющаяся во внешней цепи с источником постоянного тока
принимает максимальное значение;
2
  

r

4) максимальное значение мощности P  I 2  R  
.

4r
2r
2
Ход работы:
1. Подключить вольтметр к клеммам источника постоянного тока (см. рис. 4). Напряжение,
показанное вольтметром принять за величину ЭДС источника постоянного тока и считать
как эталонное для данной лабораторной работы. Результат записать в виде: (U±U) В.
Абсолютную погрешность принять равной цене деления вольтметра.
рис. 4
2. Собрать экспериментальную установку по схеме, приведённой на рисунке 5:
рис. 5
3. Провести серию из 5-10 экспериментов, при плавном перемещении ползунка реостата,
результаты измерений заносить в таблицу:
Сила тока
Напряжение
I
U
А
В
4. По полученным экспериментальным данным построить вольт-амперную характеристику
источника постоянного тока.
5. Определить возможное значение ЭДС источника постоянного тока и тока короткого
замыкания.
6. Применить методику графической обработки экспериментальных данных и вычислений
для расчёта внутреннего сопротивления источника постоянного тока.
7. Результаты вычислений представить в виде:

ЭДС источника постоянного тока: (ср±ср) В;

внутреннее сопротивление источника постоянного тока: r=(rср±rср) Ом.
8. Построить графическую зависимость U  f I  в Microsoft Excel, используя мастер
диаграмм с добавлением линии тренда и указанием уравнения прямой. По основным
параметрам уравнения определить возможное значение ЭДС источника постоянного тока,
тока короткого замыкания и внутреннее сопротивление.
9. На числовых осях указать интервал значений ЭДС, внутреннего сопротивления источника
постоянного тока и тока короткого замыкания, полученных различными методами
определения.
10. Исследовать
мощность,
выделяющуюся
во
внешней
цепи
от
величины
силы
электрического тока. Для этого заполнить таблицу и построить графическую зависимость
P  f I  :
Сила тока
Мощность
I
P
А
Вт
11. По построенному графику определить максимальное значение мощности, ток короткого
замыкания, внутреннее сопротивление источника тока и ЭДС.
12. Возможен вариант построения графической зависимости P  f I  в Microsoft Excel,
используя мастер диаграмм с добавлением полиномиальной линии тренда со степенью 2,
пересечением кривой с осью OY (P) в начале координат и указанием уравнения на
диаграмме. По основным параметрам уравнения определить максимальное значение
мощности, ток короткого замыкания, внутреннее сопротивление источника тока и ЭДС.
13. Сформулировать общий вывод по работе.