Энергетика источника тока

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра общей технической физики

 

 

ОТЧЕТ

 

По лабораторной работе № 5

 

 «Энергетика источника  тока»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Выполнил: студент РГИ-13  _________   Туварджиев М. А.

                              (подпись)

                   Проверил: ассистент                  ___________ Кожокарь М. Ю.

                               (подпись)                                                                                                            

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2014г.

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.

 

Краткое теоретическое обоснование

1. Режим холостого хода. При этом режиме присоединенная к источнику электрическая цепь разомкнута, т. е. тока в цепи нет. В этом случае внутреннее падение напряжения будет равно нулю. Таким образом, в режиме холостого хода напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его э. д. с. Это обстоятельство можно использовать для измерения э. д. с. источников электроэнергии.
2. Режим короткого замыкания. Коротким замыканием (к. з.) называют такой режим работы источника, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю. Практически к. з. возникает при соединении друг с другом проводов, связывающих источник с приемником, так как эти провода имеют обычно незначительное сопротивление и его можно принять равным нулю. 
3. Электродвижущей силой ε источника тока называют физическую скалярную величину, равную работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи.
4. Согласование по току — получение в нагрузке максимального тока. Для этого сопротивление нагрузки должно быть как можно меньшим, по крайней мере, много меньше, чем внутреннее сопротивление источника. Другими словами, двухполюсник должен быть в режиме короткого замыкания. При этом максимально достижимый в нагрузке ток равен Imax=E/r. Применяется в электронных системах, когда носителем сигнала является ток. Например, при съеме сигнала с быстродействующего фотодиода целесообразно применять преобразователь ток-напряжение с минимальным входным сопротивлением. Малое входное сопротивление также решает проблему заужения полосы из-за паразитного RC-фильтра.

 

 

 

 

 

 

Общая схема установки

R-резистор

V-вольтметр

А-амперметр

E-источник тока, ЭДС

К-ключ

 

 

Основные расчетные формулы

2. =·

R-внешнее сопротивление, Ом

r-внутреннее сопротивление, Ом

ε-электродвижущая сила, В

I-сила тока, А

U-напряжение, В

Рполезн - полезная мощность, Вт

Рполн – полная мощность, Вт

η – коэффициент полезного действия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

 

Результаты измерений и расчеты параметров нестабилизированного источника электроэнергии

 

№	I, мА	U, В	R,Ом	Pполн, Вт	Pполез, Вт	η,%	r,Oм	ε, В
1	51,600	5,350	103,680	0,340	0,276	81,18	24,30	7,35
2	54,000	5,260	97,400	0,355	0,284	80,00
3	55,500	5,220	94,050	0,361	0,290	79,33
4	57,800	5,130	88,750	0,380	0,297	78,16
5	60,000	5,060	84,330	0,390	0,303	77,69
6	62,600	4,940	78,910	0,410	0,309	75,36
7	65,000	4,870	74,920	0,420	0,317	74,48
8	67,800	4,780	70,500	0,440	0,324	73,64
9	70,400	4,700	66,760	0,450	0,331	73,55
10	74,000	4,540	61,350	0,470	0,336	71,49
.

 

Примеры вычислений

 

Выразим r:

;

Затем, подставив в любое уравнение, найдем ЭДС источника и полную мощность.

 

r== 37,50 Ом

 

2. ε=0,0516·(103,6+24,3)=6,60 В
3. =0,0516·5,35=0,276 Вт
4. =0,0516·6,60=0,340 Вт
5. Рассчитаем КПД источника постоянного тока

 

         η=•100%=81,18%

 

 

Погрешности прямых измерений

 

ΔU = 0,01  В            Δԑ = 0,01 В

Δ I = 0,1 А                Δr = 0,1 Ом                              

 

Погрешности косвенных измерений

 

 

 Среднеквадратичная погрешность косвенных измерений ЭДС:

 

Δԑ = =0,08 В

 

Абсолютная погрешность косвенных измерений внутреннего сопротивления источника тока:

 

 

,

Δr =∙(0,08 + 0,01 + ∙ 0,0001) = 0,92 Ом

 

Вывод

   В ходе проведения  лабораторной работы по исследованию электрической цепи источника постоянного тока было определено внутреннее сопротивления источника  r = 37,50 ± 0,92 Ом и ЭДС  ԑ = 6,49 ± 0,08 В.

   По полученным данным  были построены графики зависимостей =ƒ(R) , =ƒ(R) и η = ƒ(R).