ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Исследование зависимости мощности от внешней нагрузки


Таблица 7.4

Результаты измерений L = ____ мГн

C ,

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

мкФ

рез

0

V0C

0

1

C

Обработка данных и анализ результатов

1. Постройте на одном листе графики зависимости резонансной частоты рез от корня из обратной ёмкости 1C при трёх значениях

индуктивности L .

2. Для каждой прямой определите котангенс угла наклона по формуле:

1

ctg( ) C Aэксп.

рез

3. Вычислите теоретическое значение константы Aтеор для каж-

дой прямой по формуле Aтеор L .

4. Заполните таблицу 7.5 результатов измерений.

Результаты измерений

Таблица 7.5

Номер измерения

Aэксп, Гн1/2

Aтеор, Гн1/2

Сделайте выводы по графикам и результатам измерений.

Контрольные вопросы

1.  Дайте определение вынужденным колебаниям.

2.  Что такое колебательный контур?

3.  Когда возникают вынужденные гармонические колебания?

4.  Как графически изображается комплексная величина?

5.  Что такое комплексная амплитуда тока или напряжения?

46

6.  Дайте определение импеданса.

7.  Что такое полное электрическое сопротивление?

8.  Чему равен импеданс резистора?

9.  Чему равен импеданс идеальной катушки индуктивности?

10.  Как формулируется закон электромагнитной индукции для катушки?

11.  Чему равен импеданс конденсатора?

12.  Чему равны реактивные сопротивления катушки и конденса-тора?

13.  Чему равно реактивное сопротивление последовательно со-единённых катушки и конденсатора?

14.  Чему равен импеданс колебательного контура?

15.  Чему равно полное сопротивление колебательного контура?

16.  Дайте определение резонанса для тока в колебательном кон-туре.

17.  На какой частоте наблюдается резонанс для тока в колеба-тельном контуре?

18.  На какой частоте наблюдается резонанс для напряжения на конденсаторе в колебательном контуре?

19.  Чему равно отношение амплитуд напряжения на конденсато-ре при резонансе и ЭДС?

20.  Чему равно характеристическое сопротивление контура? Как оно влияет на добротность?

21.  Что такое резонансная кривая контура?

Лабораторная работа № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ

И КПД ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКИ

Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Мощность и КПД источника постоянного тока». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения.

Цель работы:

знакомство с компьютерным моделированием цепей посто-янного тока;

исследование зависимости мощности и КПД источника по-стоянного тока от сопротивления внешней цепи.

47

Краткие сведения из теории

Закон Ома для полной цепи:

I

E

,

R r

где I – сила тока в цепи;

E – электродвижущая сила источника тока (ЭДС), включённого в

цепь;

R – сопротивление внешней цепи;

r – внутреннее сопротивление источника тока.

Мощность, выделяемая во внешней цепи:

P I 2 R

E 2

R .

(8.1)

R r 2

1

Из формулы (8.1) видно, что при коротком замыкании цепи, т. е. при R 0 и при R , эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность P1 0 . Следовательно, функция P1

имеет максимум. Значение R0 , соответствующее максимальной мощ-ности, можно получить, дифференцируя P1 по R и приравнивая пер-вую производную к нулю:

dP1

E 2 R0

r 2 2 R0

r R

0 .

(8.2)

dR

R0 r 4

всегда положитель-

Из формулы (8.2) с учётом того, что R и r

ны, а E 0 , после несложных алгебраических преобразований полу-

чим:

R0 r .

(8.3)

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, дости-

гает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника тока (8.3). При этом сила тока в цепи равна:

I

E

Iкз

.

(8.4)

2r

2

То есть сила тока в цепи равна половине тока короткого замы-

кания (8.4).

При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает

своего максимального значения, равного

P

E 2

.

(8.5)

1max 4r

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток про-

текает и внутри источника, и на внутреннем сопротивлении источни-ка выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла, равна:

P I 2r .

(8.6)

2

48

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи, оп-ределится формулой:

P

P P I 2 R I 2r I 2

(R r) IE .

(8.7)

полн

12

Коэффициент полезного действия источника тока равен:

P1

R

.

(8.8)

P

R r

полн

Из формулы (8.8) следует, что

P P

P EI I 2r ,

(8.9)

1полн

2

т. е. P1 изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I 0 и при I Er . Первое

значение соответствует разомкнутой цепи ( R r ), второе – коротко-му замыканию ( R r ). Зависимость КПД от силы тока в цепи с учё-том формул (8.7) – (8.9) примет вид:

1

r

I .

(8.10)

E

Таким образом, КПД достигает наибольшего значения 1 в

случае разомкнутой цепи ( I 0 ), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей P1 , Pполн EI и КПД источника тока от силы тока I в цепи показаны на рисунке 8.1.

КПД

Рис. 8.1. Зависимость мощности и КПД от силы тока

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощ-ность и КПД невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи P1 , достигает наибольшего значения, КПД в этот момент

равен 50 %.

49

Методика и порядок измерений

1. Соберите на экране цепь, показанную на рисунке 8.2. Для это-

го сначала щёлкните левой кнопкой мыши над кнопкой ЭДС в нижней части экрана. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Щёлкните левой кнопкой мыши в ра-бочей части экрана, где будет расположен источник ЭДС.

Рис. 8.2. Цепь постоянного тока

2. Разместите далее последовательно с источником резистор, изображающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно

кнопку в нижней части экрана) и амперметр (кнопка там же). Затем расположите аналогичным образом резисторы нагрузки и вольтметр , измеряющий напряжение на нагрузке.

3. Подключите соединительные провода. Для этого нажмите

кнопку провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щёлкайте левой кнопкой мыши в мес-тах рабочей зоны экрана, где должны находиться соединительные провода.

4. Установите значения параметров для каждого элемента. Для

этого щёлкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой . Затем щёлкните на данном элементе. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая её в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, обозначенное в таблице 8.1, для вашей бригады.

50

Таблица 8.1

Исходные параметры электрической цепи (не перерисовывать)

Номер бригады

1

2

3

4

5

6

7

8

E , В

10,0

9,5

9,0

8,5

8,0

8,5

9,0

9,5

r , Ом

4,8

5,7

6,6

7,5

6,4

7,3

8,2

9,1

5.  Установите сопротивление внешней цепи 2 Ом, нажмите кнопку «Счёт» и запишите показания электроизмерительных прибо-ров в соответствующие строки таблицы 2.

6.  Последовательно увеличивайте с помощью движка сопротив-ление внешней цепи на 0,5 Ом от 2 до 20 Ом и, нажимая кнопку «Счёт», записывайте показания электроизмерительных приборов в таблицу 8.2.

Таблица 8.2

Результаты измерений и расчётов

R , Ом

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

5,0

…….

20

U , В

I , А

P1 , Вт

P2 , Вт

Pполн, Вт

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод