Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока (лабораторная работа)

Цель: Ознакомиться с методами ис­следования источников тока, определе­ния главных их характеристик.

Оборудование: Источники питания (галь­ванические элементы и аккумуляторы, лабораторные источники тока и др.); ре­остат лабораторный; набор проволочных резисторов с известными сопротивления­ми (1, 2 и 4 Ома); магазин резисторов; амперметр лабораторный на 2 А; вольт­метр лабораторный на 6 В; выключатель; соединительные проводники.

Выполнение работы:

Рассмотрим несколько приме­ров решения поставленных в ра­боте заданий.

1. Сначала необходимо выбрать метод ре­шения задачи. Для этого ищут уравнения, в которые входят ис­комые величины. Очевидно, что после поисков вы остановитесь на законе Ома для полной цепи: I = Ɛ / (R + r). Отсюда легко найти электродвижущую силу Ɛ = IR+ Ir.

Однако имеется одно уравнение, а неизвестных величин — две: Ɛ и r. Можете сделать вывод о необхо­димости иметь, по крайней мере, два уравнения:

Из системы уравнений легко можно найти сопротивление источника тока

r = (I₁R₁ — I₂R₂) / (I₂ — I₁),

а потом уже и Ɛ.

Рис. 5.24

Имея рабочую формулу для определения внутреннего сопро­тивления, можете спланировать опыт. Необходимо составить элект­рическую цепь, схема которой показана на рис. 5.24. В этом случае в цепи может и не быть вольтметра, а нужен лишь ампер­метр для измерения сил тока при присоединении к цепи двух ре­зисторов с известными сопротив­лениями R₁ а затем R₂.

Измерения сводятся к двум опе­рациям: при R₁ = , I₁ = , а при R₂ = , I₂ = .

Далее осуществляете вычисле­ния r и Ɛ. Задача решена.

2. Если отсутствуют резисторы с известными сопротивлениями, то можно составить цепь с рео­статом, амперметром и вольтмет­ром. Имея в виду, что IR = U — на­пряжение на внешней части цепи, которую показывает вольтметр, по­лучаете уравнения

из которых и определяете r = (U₁ — U₂) / (I₂ — I₁) и Ɛ.

Измеряете U₁ = и I₁ = , а также U₂ = и I₂ = при двух положениях ползунка реостата и производите вычисления.

3. Этот метод выполнения по­зволяет полнее исследовать источ­ник тока. Назовем данный вари­ант работы «Исследование зависи­мости напряжения на внешней части цепи от силы тока в ней».

Рис. 5.25. Зависимость напряжения на полю­сах источника тока от силы тока в цепи

Эффективным и наглядным спо­собом отображения закономернос­тей в физике является построение графиков. В данном случае вам предлагается построить график зависимости напряжения от силы тока в цепи, схема которой по­казана на рис. 5.24. Для построе­ния такого графика необходимо измерить 5—7 значений напряже­ний при соответствующих значе­ниях сил тока. Данные вносятся в таблицу. Строите график (рис. 5.25).

График является от­резком прямой, что вытекает и из закона Ома для однородного участка цепи. Если график про­длить до оси напряжений, то на пересечении с ней получите мак­симальное значение напряжения на полюсах, когда электрическая цепь разомкнута (ток в цепи от­сутствует). Это максимальное зна­чение сопротивления равно значе­нию электродвижущей силы источ­ника тока. Материал с сайта http://worldof.school

Если график продлить до оси токов, то в точке пересечения на­йдете максимальное значение силы тока в цепи I_max = Ɛ / r — ток короткого замыкания (внешнее со­противление цепи стремится к нулю). Если электродвижущую си­лу источника Ɛ поделить на ток короткого замыкания I_max, то по­лучите значение внутреннего со­ противления источника: r = Ɛ / I_max, если R → 0.

Таким образом, вы нашли элект­родвижущую силу источника, его внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания.

Дополнительные задания:

1. По­стройте график зависимости мощ­ности тока во внешней части це­пи (полезной мощности) от сопро­тивления внешней части цепи (P, Вт от R, Ом). При каком значе­нии сопротивления нагрузки мощ­ность максимальна? Сравните это сопротивление нагрузки с внутрен­ним сопротивлением источника.

2. Постройте график зависи­мости коэффициента полезного действия данной электрической цепи от сопротивления нагрузки (внешней части цепи), имея в виду, что

КПД = U / Ɛ.

Выполнив задания (с дополни­тельными), вы практически осу­ществите комплексное исследова­ние источника тока, что является обязательным в технике.

На этой странице материал по темам:

• Лабораторная работа 5изменение эдс и внутреннего сопротивления источника тока

• Лабораторная работа 2 определение эдс касьянов

• Лабораторная работа. определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока

• Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока лабораторная

• Лабораторная работа измерение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.