ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Отчет по

лабораторной работе № 5

«Энергетика источника тока»

Выполнил: студент гр. ГНГ-20-2 _________ /Шихалев А.А./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}
Оценка:______

Дата:_________

Проверил: ________ / /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: 1. Определение внутреннего сопротивления и ЭДС различных источников электроэнергии. 2. Определение режима согласования источника с нагрузкой.

3. Исследование зависимостей полезной и полной мощности, развиваемых источником тока, и его коэффициента полезного действия (КПД) от нагрузочного сопротивления.
Явление, изучаемое в работе: возникновение электрического тока в цепи.

Краткое теоретическое содержание:

Основные определения, законы и формулы:

Электрический ток –любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные носители.

Постоянный ток– ток, сила тока и направление которого не меняются со временем.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, с другой – наличие электрического поля, энергия которого, каким-то

---

образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение.

Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения (сторонних сил). Такие устройства называются источниками тока.

Основной закон, используемый в данной работе – закон Ома. Для однородного участка цепи он выглядит следующим образом: , сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Закон Ома для замкнутой цепи:



Где I – сила тока, [А], R – сопротивление проводника, [Ом], U – напряжение, [В],  - ЭДС (электродвижущая сила), [В], r – внутреннее сопротивление, [В].

Сила тока – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени. Это количественная характеристика электрического тока.

Сопротивление – величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току. Для однородного линейного проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление равно:

,

где  - удельное электрическое сопротивление, [Ом · м], S – площадь поперечного сечения, [м²].

Напряжение – обобщенное понятие разности потенциалов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.

Разность потенциалов – физическая величина, определяемая работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из точки с большим потенциалом в точку с меньшим.

Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом:

,

где A – работа сторонних сил, [Дж], Q – заряд, [Кл].

---

Мощностью называется работа, совершаемая в единицу времени:

– мгновенное значение мощности, [P] = Вт
Для замкнутой цепи мощность равна:

P = εI,

где ε – ЭДС, [В], I – сила тока, [А].

Полезной мощностью называется мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении:



где R – внешнее сопротивление, [Ом], U – напряжение на зажимах цепи, [В].

Полной мощностью называется сумма мощностей, выделяемых на внешнем и внутреннем сопротивлениях:



где r – внутреннее сопротивление, [Ом], R – внешнее сопротивление, [Ом], ε – ЭДС источника тока, [В].

Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение полезной мощности к полной:



Полная мощность достигает свое наибольшее значение при R = 0 (случай короткого замыкания) и уменьшается при увеличении внешнего сопротивления. Наибольшее значение полезной мощности достигается при R = r.

С хема установки:

 – источник тока.

К – ключ.

V – вольтметр.

А – амперметр.
Основные расчетные формулы:

Полезная мощность:

,

где U – напряжение, [B], I – сила тока, [A], – ЭДС, [B], r – сопротивление источника, [Ом], R – внешнее сопротивление, [Ом].

Полная мощность:

,

где I – сила тока, [A], – ЭДС, [B], r – сопротивление источника, [Ом], R – внешнее сопротивление, [Ом].

Коэффициент полезного действия:



Сопротивление:

,

где U – напряжение, [B], I – сила тока, [A].
Формулы расчета погрешности:

---

Погрешности прямых измерений:





Погрешности косвенных измерений:








Таблица 1:

№ опыта	I, A	U, B	R, Ом	Pполн, Вт	Pполезн, Вт	r, Ом	ℇ, B	Ƞ
1	0,88	0,70	0,80	4,523	0,616	4,50	5,14	0,14
2	0,80	1,10	1,38	4,112	0,880			0,21
3	0,70	1,63	2,33	3,598	1,141			0,32
4	0,63	2,00	3,17	3,238	1,260			0,39
5	0,56	2,31	4,13	2,878	1,294			0,45
6	0,52	2,55	4,90	2,673	1,326			0,50
7	0,46	2,83	6,15	2,364	1,302			0,55
8	0,42	3,05	7,26	2,159	1,281			0,59
9	0,38	3,25	8,55	1,953	1,235			0,63
10	0,32	3,55	11,09	1,645	1,136			0,69

---

Примеры вычислений:
R = Ом














Графики:






Окончательные результаты:
ℇ_пр = 5,14 ± 0,04 В

ℇ_теор = 4,79 ± 0,04 В
r_пр = 4,50 ± 0,08 Ом

r_теор = 4,28 ± 0,08 Ом
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы был измерены и вычислены такие параметры, как: ЭДС источника (ℇ_пр = 5,14 ± 0,04 В, ℇ_теор = 4,79 ± 0,04 В), его внутреннее сопротивление (r_пр = 4,50 ± 0,08 Ом, r_теор = 4,28 ± 0,08 Ом). Также был определен режим согласования источника с нагрузкой (достигается пик полезной мощности при R = r) и исследованы зависимости мощностей от сопротивления нагрузки.

---

Смотрите также файлы

• Лекция Тема Причины и условия преступности.pdf

• Технологическая часть Описание детали.doc

• азастан Республикасыны Білім жне ылым министрлігі орта мектебі кмм.doc

• Русская басня.doc

• Отчет по лабораторной работе 4 Вариант 4 по дисциплине.docx