Файл: Общая физика.docx

. (16)

Тогда, мощность потерь источника , как функция тока должна иметь вид параболы. Определим математический вид зависимости полезной мощности как функции тока :

(17)

Видно, что формула (17) определяет параболу, расположенную ветвями вниз. При этом вершина параболы соответствует координатам:

и .

На рис. 11 представлены графики зависимостей полезной мощности; мощности источника; мощности потерь; КПД источника; напряжения от силы тока во внешней цепи.

Поскольку в большинстве радиотехнических и радиоэлектронных цепей ток нагрузки не играет решающего значения, для анализа работы источника принято строить перечисленные выше зависимости как функции сопротивления нагрузки . Так, например, на рис. 12 и 13 представлены графики зависимости полезной мощности источника и его КПД от сопротивления нагрузки.



Рис. 11. Графики зависимости мощности, напряжения и КПД от тока

при разных режимах работы источника



R

Рис. 12. График зависимости полезной мощности источника

от сопротивления нагрузки

Рис. 13. График зависимости КПД источника от сопротивления нагрузки

6. Порядок выполнения лабораторной работы

Задание 1. Изучение работы нестабилизированного источника

1. Записать в таблицу 1 технические данные используемых в лабораторной работе приборов.

2. Собрать электрическую схему согласно рис. 14. В качестве переменного сопротивления нагрузки

---

включить в цепь магазин сопротивлений Р 22.




r






V




K



R

A





Рис. 14. Принципиальная схема лабораторной установки
3. Включить в схему нестабилизированный источник питания.

Таблица 1

№	Название прибора	Предел измерения	Цена деления	Класс точности	Абсолютная погрешность
1
---
n

4. Установить на магазине сопротивлений  Ом, тем самым, обеспечив режим короткого замыкания. Измерить значения тока и напряжения. Полученные значения записать в таблицу 2.

ВНИМАНИЕ! Измерения следует проводить быстро, стараясь не нагружать источник и сопротивление максимальным током.

Таблица 2

№	I, A	U, B	R, Ом	PИ, Вт	PR, Вт	Pr, Вт	r, Ом	, В	, %
1.
---
n

---

5. Установить сопротивление нагрузки  Ом. Измерить значения тока и напряжения. Полученные значения записать в таблицу 2.

6. Изменяя сопротивление нагрузки от 10 Ом до 100 Ом через каждые 10 Ом, записать измеренные значения тока и напряжения в таблицу 2.

7. Все измерения п. 6. повторить для сопротивлений нагрузки от 100 Ом до 1000 Ом через каждые 100 Ом.

8. Разомкнуть цепь, отключив один из проводов, и измерить напряжение на источнике. Полученное значение напряжения, соответствующее режиму холостого хода записать в таблицу 2.
Задание 2. Изучение работы стабилизированного источника

1. Записать в таблицу 1 технические данные используемых в лабораторной работе приборов.

2. Собрать электрическую схему согласно рис. 14. В качестве переменного сопротивления нагрузки включить в цепь магазин сопротивлений Р 22.

3. Включить в схему стабилизированный источник питания.

4. Установить на магазине сопротивлений  Ом. Измерить значения тока и напряжения. Полученные значения записать в таблицу 3.

ВНИМАНИЕ! Измерения следует проводить быстро, стараясь не нагружать источник и сопротивление максимальным током.

Таблица 3

№	I, A	U, B	R, Ом	PИ, Вт	PR, Вт	Pr, Вт	r, Ом	, В	, %
1.
---
n

---

5. Установить сопротивление нагрузки  Ом. Измерить значения тока и напряжения. Полученные значения записать в таблицу 3.

6. Изменяя сопротивление нагрузки от 20 Ом до 100 Ом через каждые 10 Ом, записать измеренные значения тока и напряжения в таблицу 3.

7. Все измерения п. 6. повторить для сопротивлений нагрузки от 100 Ом до 1000 Ом через каждые 100 Ом.

ВНИМАНИЕ! Для стабилизированного источника режим короткого замыкания НЕДОПУСТИМ! В противном случае это приведет к выходу источника из строя!

8. Разомкнуть цепь, отключив один из проводов, и измерить напряжение на источнике. Полученное значение напряжения, соответствующее режиму холостого хода записать в таблицу 3.

7. Обработка результатов измерений

1. Записать закон Ома для полной цепи при любых двух измеренных значениях тока и сопротивления в проделанных опытах:
, (18)

где и – два различных значения сопротивлений нагрузки, устанавливаемых при измерениях в пунктах 5, 6 и 7. Например, R_i– сопротивление в опыте №3, а R_k – сопротивление в опыте № 8 из таблицы 2.

Из полученной системы уравнений вывести формулы для  и r,выраженные через измеренные U и I.

Для расчета  и r по выведенным формулам использовать 5 пар значений U и I из таблицы 2. С этой целью использовать значения пар напряжений и токов, значительно отличающихся друг от друга.

2. Рассчитать значения мощности для всех измеренных пар токов и напряжений: P_И – полная мощность источника;P_R– полезная мощность; P_r – мощность потерь. Полученные значения мощности записать в соответствующие столбцы таблицы 2. Рассчитать значения КПД для всех пар токов и напряжений, полученные значения записать в таблицу 2.

3. Построить графики зависимостей P_И(I); P_R(I); P_r(I) и (I)для нестабилизированного источника согласно данных таблицы 2. Примеры графиков представлены на рис. 11.

4. Построить графики зависимостей P_И(R); P_R

---

(R); P_r(R) и (R)для нестабилизированного источника согласно данных таблицы 2. Примеры графиков представлены на рис. 12 и 13.

5. Рассчитать погрешности измерения ЭДС  и внутреннего сопротивления r.

6. Все пункты 1‑5 повторить для стабилизированного источника.

Контрольные вопросы

1. Что такое ЭДС и от чего зависит ее величина? Какой может быть характер ее происхождения?

2. Как вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление батареи из двух одинаковых источников, соединенных последовательно (параллельно)?

3. Какое сопротивление называется внутренним? От чего оно зависит?

4. Перечислите основные характеристики источников постоянного тока?

5. Сформулируйте закон Ома для полной цепи и для цепи данной лабораторной работы.

6. Какой из элементов лабораторной установки в наибольшей степени влияет на погрешность измерений?

7. Перечислите возможные режимы работы источника тока. Чему равен КПД источника в каждом из режимов работы?

8. Докажите, что максимум полезной мощности достигается при .

9. Что такое идеальный источник тока и напряжения? Чему равны внутренние сопротивления таких источников?

ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЁТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А4 в соответствии с указанными ниже требованиями.

Помимо стандартного титульного листа в содержании отчёта должны быть раскрыты пункты, перечисленные ниже.

1. Цель работы.

2. Краткое теоретическое содержание.

1) Явление, изучаемое в работе.

2) Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин.

3) Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчётные формулы.

4) Пояснения к физическим величинам и их единицы измерений.

3. Схема установки.

4. Расчётные формулы.

5. Формулы для расчёта погрешностей косвенных измерений.

6. Таблицы с результатами измерений и вычислений. (Таблицы должны иметь номер и название. Единицы измерения физических величин должны быть указаны в отдельной строке таблицы под строкой с обозначениями физических величин.)

7. Пример вычисления (для одного опыта).

1) Исходные данные.

---