Первое высшее техническое учебное заведение России
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и технической физики
Отчёт
По лабораторной работе №5
ЭНЕРГЕТИКА ИСТОЧНИКА ТОКА
Выполнил: студент гр. ИАС-19-2 ___________ /Воробьев В . В ./
Проверил: ассистенткаф. ОТФ _________ /Силиванов М.О../
Санкт-Петербург
2020 год
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
Явление, изучаемое в работе – изменение магнитного потока кругового тока в пространстве.
Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:
Электрический ток - любое упорядоченное движение электрических зарядов. За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные носители.
Постоянный ток - ток, сила тока и направление которого не меняются со временем. Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно и наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение.
Источник тока – устройство в цепи, способное создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения (сторонних сил) для существования постоянного тока.
Основной, используемый закон - закон Ома; сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Сила тока – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени. Это количественная характеристика электрического тока.
Сопротивление – величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току. Для однородного линейного проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление равно:
Напряжение – обобщенное понятие разности потенциалов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.
Разность потенциалов – физическая величина, определяемая работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из точки с большим потенциалом в точку с меньшим.
Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом:
Мощностью называется работа, совершаемая в единицу времени.
Полезной мощностью называется мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении.
Полной мощностью называется сумма мощностей, выделяемых на внешнем и внутреннем сопротивлениях.
Коэффициентом полезного действия источника тока называется отношение полезной мощности к полной.
Полная мощность достигает свое наибольшее значение при R=0 (случай короткого замыкания) и уменьшается при увеличении внешнего сопротивления. Наибольшее значение полезной мощности достигается при R=r.
Схема установки
- ЭДС источника тока;
К - ключ;
V - вольтметр;
А - амперметр;
r – внутреннее сопротивление источника тока
R - реостат.
Основные расчетные формулы
– разность потенциалов где
I – сила тока
R – внешнее сопротивление
r – внутреннее сопротивление
– полезная мощность
– полная мощность
– коэффициент полезного действия (КПД)
Формула для расчёта погрешностей
– погрешность ЭДС
Погрешности прямых измерений:
∆I = 
Таблица
Таблица 1
| № | I, А | U, В | R, Ом | Pполн, Вт | Pполезн, Вт | r, Ом | ε, В | η |
| 1 | 0,91 | 0,6 | 0,66 | 4,641 | 0,546 | 4,5 | 5,1 | 0,12 |
| 2 | 0,78 | 1,15 | 1,47 | 3,978 | 0,897 | 0,23 | ||
| 3 | 0,68 | 1,65 | 2,42 | 3,468 | 1,142 | 0,32 | ||
| 4 | 0,6 | 2,05 | 3,41 | 3,06 | 1,23 | 0,40 | ||
| 5 | 0,54 | 2,31 | 4,27 | 2,754 | 1,25 | 0,45 | ||
| 6 | 0,49 | 2,6 | 5,30 | 2,499 | 1,27 | 0,51 | ||
| 7 | 0,46 | 2,82 | 6,13 | 2,346 | 1,3 | 0,55 | ||
| 8 | 0,42 | 3 | 7,14 | 2,142 | 1,26 | 0,59 | ||
| 9 | 0,38 | 3,15 | 8,28 | 1,938 | 1,197 | 0,62 | ||
| 10 | 0,36 | 3,3 | 9,17 | 1,836 | 1,188 | 0,65 |
Пример вычислений
Пример расчетов на примере измерения №1:
Внутреннее сопротивление:
Полезная мощность:
0,6 
0,546 Вт
Полная мощность:
Коэффициент полезного действия:
Вычисление 
для 1 и 10 измерений:
Ом
В
Вычисление для 3 и 7 измерений:
Ом
В
Вычисление для 2 и 8 измерений:
Ом
В
По результатам трех вычислений:
В
Измеренное 
В, значит ошибка вычислений 1,37%
Вычисление косвенных погрешностей
= 
Графики
Рисунок 1 – График зависимости полезной мощности от внешнего сопротивления
Рисунок 2 – График зависимости полезной мощности от внешнего сопротивления
Рисунок 3 – График зависимости КПД от внешнего сопротивления
Результат
Ом
Анализ и вывод
В ходе лабораторной работы был определён ЭДС с помощью прямых и косвенных измерений. Рассчитанное значение близко к измеренному прямым путём. Погрешность при расчете ЭДС составила 1,37%. Полная мощность (Pполн), развиваемая источником тока, достигает максимума в режиме короткого замыкания, т.е. при R = 0, что видно из графика на рисунке 1. Из графика на втором рисунке можно сделать вывод о том, что полезная мощность (Pполезн) равна нулю при крайних значениях внешнего сопротивления: при R=0, а максимум полезной мощности достигается при R = r. Из графика на рисунке 3 получим, что при росте нагрузочного сопротивления (R), растёт кпд (η). Выводы сделанные с помощью графического материала согласуются с теорией.