Теоретические сведения. Цель работы: исследование зависимости величины UR (падения напряже­ния на внешнем сопротивлении цепи) от величины силы тока; определение ЭДС и внутреннего

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: исследование зависимости величины U_R (падения напряже­ния на внешнем сопротивлении цепи) от величины силы тока; определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника; изучение зависимости между Р, полной мощностью всей цепи; P_R, мощностью внешней части цепи; Р_r, мощно­стью внутри источника, КПД источника и внешним сопротивлением R.

Приборы и оборудование: установка для изучения законов постоянного тока.

Работа по переносу электрического заряда определяется по формуле

.

Так как величина заряда q=It, то работа электрического тока на участке цепи

A = UIt.

Для однородного участка цепи U=IR, т.е.

A = I²Rt =

Так как мощность то P=IU для однородного участка цепи

(1)

где P_R - мощность, выделяемая во внешней части цепи, обладающей сопротив­лением R.

Учитывая закон Ома для замкнутой цепи

получим выражение

. (2)

Взяв производную и приравняв ее к нулю, найдем, что P_R будет иметь максимальное значение при R=r,т.е. когда внешнее сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника. В замкнутой цепи, содержащей внешнее сопротивление R и источник тока e, работу по перемещению зарядов со­вершают как кулоновские, так и сторонние силы. По определению ЭДС

Полная мощность всей замкнутой цепи

Учитывая закон Ома для замкнутой цепи, получим выражение

(3)

Коэффициент полезного действия источника тока рассчитывается по формуле

(4)

Для исследования законов постоянного тока применяется установка, схема которой изображена на рис. 1 - источник тока; mA – миллиамперметр для измерения тока; V – вольтметр для измерения напряжения на внешнем резисто­ре; - магазин резисторов, при помощи которого можно устанавливать необходимое сопротивление).

По закону Ома для замкнутой цепи

(5)

График зависимости U_R (I), см. рис. 2, есть прямая линия, отсекающая на оси U_R значение, равное ЭДС источника ε, а на оси I - значение, равное силе тока короткого замыкания

Рис. 1

Внутреннее сопротивление источника

.

Мощность внешней части цепи (полезная мощность)

Рис. 2

Графиком зависимости P_R (R), см. рис. 3, является кривая линия, имеющая экстремальную точку при R = r и асимптотически приближающаяся к оси со­противления R:

→0 при R →0;

при R =0

Полная мощность равна

Графиком зависимости Р (R) является гипербола (рис. 4):

при R →0

при R →∞ Р →0.

Рис. 3 Рис. 4

Коэффициент полезного действия источника тока определяется по формуле (4)

и имеет график, асимптотически приближающийся к горизонтальной прямой ; при R →∞ →1 (рис. 5).

Рис.5

Дата добавления: 2015-03-29