ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ТОКА. Мощность источника тока
Кпд источника тока.
Перемещая электрические заряды по замкнутой цепи, источник тока совершает работу. Различают полезную и полную работу источника тока. Полезная работа – это та, которую совершает источник по перемещению зарядов во внешней цепи; полная работа – это работа источника по перемещению зарядов во всей цепи:
- полезная работа;
- полная работа.
Соответственно этому, различают полезную и полную мощность источника тока:
Коэффициентом полезного действия (КПД) источника тока называют отношение:
Выясним, при каком сопротивлении внешней цепи полезная мощностьмаксимальна.
Имеем: , где;
откуда .
Условие называетсяусловием согласования источника и нагрузки. В этом случае мощность, выделяемая источником во внешней цепи, максимальна. Отметим, что при выполнении условия согласования КПД источника тока , то есть максимальная полезная мощность и максимальный КПД несовместимы. Из приведенного графика видно также, что одну и ту же полезную мощность можно получить при двух различных сопротивлениях внешней нагрузки .
3.2. Сторонние силы. Эдс источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.
Для протекания электрического тока в проводнике необходимо, чтобы на его концах поддерживалась разность потенциалов. Очевидно, для этой цели не может быть использован заряженный конденсатор. Действительно, если включить в цепь проводника заряженный конденсатор и замкнуть цепь, то под действием сил электростатического поля заряды придут в движение, возникнет кратковременный ток, после чего установится равновесное распределение зарядов, при котором потенциалы концов проводника выравниваются и ток прекращается. Другими словами, электростатическое поле конденсатора не может осуществить постоянную циркуляцию зарядов в цепи (то есть электрический ток), что является следствием потенциальности электростатического поля – равенства нулю работы сил электростатического поля по замкнутому контуру. Таким образом, для поддержания постоянного тока в замкнутой цепи необходимо действие сторонних сил неэлектростатического происхождения и не являющихся потенциальными силами.
Эти силы могут быть обусловленыхимическими процессами, диффузией носителей заряда через границу двух разнородных проводников, магнитными полями, другими причинами.
Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают по перемещению зарядов в замкнутой цепи. Величина, равная работе сторонних сил Аст, отнесенная к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС). Единицей измерения ЭДС в СИ (как и напряжения) является В (Вольт).
Работа сторонних сил по замкнутому контуру не равна нулю:
Участок цепи, содержащий источник ЭДС, называется неоднородным. Всякий источник ЭДС характеризуется величиной ЭДС ε и внутренним сопротивлением r.
- напряжение на концах участка цепи.
Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:
При соединении концов неоднородного участка цепи идеальным проводником образуется замкнутая цепь, в которойпотенциалыφ1 и φ2 выравниваются и мы приходим к закону Ома для замкнутой (или полной) цепи:
Если сопротивление внешней цепи , то имеем случайкороткого замыкания. В этом случае в цепи течет максимальный ток:
При имеем разомкнутую цепь. В этом случае ток в цепи равен нулю:
studfiles.net
21,Работа, мощность, кпд источника тока. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.
Если по проводнику течет ток силой I, то за время dt через сечение проводника пройдет заряд:
Заряд, равный dq, в сечении 1 войдет в проводник и точно такой же заряд выйдет из проводника. Можно считать, что за время dt заряд сместился из сечения 1 в сечение 2, при этом над зарядом электростатическими силами совершена работа (см. (3.11)):
Мощность, развиваемая на участке цепи между точками 1 и 2, по определению равна:
Заменяя, согласно закону Ома (6.5), напряжение U.
получаем формулы для количества тепла dQ и мощности P:
Формулу называют законом Джоуля-Ленца.
Если измерять тепло в калориях, в формуле (7.3) появляется переводной коэффициент, равный значению 1 Дж в калориях – 0,24 (кал/Дж):
, (кал
Точно так же, как выводится закон Ома в дифференциальной форме, выводится закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Этот закон определяет количество тепла, выделяющееся в единичном объеме проводника в единицу времени – удельную тепловую мощность тока w:
Рассмотрим однородный цилиндрический проводник. Подставим в формулу (7.4) из (6.6) и (6.2) значения:
После подстановки получаем:
(7.6)
где
Из формулы (7.6) видно, что мощность, выделяемая в единице объема проводника, удельная тепловая мощность тока, равна:
(7.7)
Для w, пользуясь законом Ома в дифференциальной форме (формула (6.10)), можно записать на основе (7.6) следующие эквивалентные выражения закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме:
(7.8)
Для количества тепла dQ, выделяющегося в объеме dV за время dt, из (7.8) получаем:
(7.9)
В случае неоднородного проводника формулы (7.8) и (7.9) позволяют найти количество тепла, выделяемого в каждой точке объема неоднородного проводника.
Если участок цепи неоднородный, то выделяемое количество теплоты по закону сохранения энергии будет равно алгебраической сумме работ кулоновских и сторонних сил.
Действительно, умножив правую и левую части формулы на силу тока I получим
I2R = (1 2)I + 12I. (5.28)
Следовательно, из уравнения (5.28) следует, что тепловая мощность
Q = I2R , (5.29)
выделяемая на участке цепи 1-2, равна алгебраической сумме мощностей кулоновских и сторонних сил. Если цепь замкнута, то затраченная мощность
N =I . (5.30)
Если электрическая цепь замкнута и содержит источника с ЭДС , то вся затраченная источником тока работа АЗ = АП + АВНУТ,
где АЗ = It, АП = IURt, АВНУТ = IUrt.
Тогда = UR + Ur = IR+ Ir, (5.20)
где UR - напряжение на внешнем сопротивлении, Ur - напряжение на внутреннем сопротивлении источника тока.
Мощность тока можно найти по формуле N = . (5.21)
Развиваемая источником тока затраченная мощность
NЗ = NП + NВНУТ, (5.22)
где NЗ= I, NП = IUR, NВНУТ= IUr.
КПД источника тока можно найти по формуле
= . (5.23)
Затраченная источником тока мощность
NЗ = I=/(R+r), (5.24)
где I = /(R + r).
Полезная мощность, выделяемая во внешнем участке цепи
NП = IUR = I2R =.
Следовательно, затраченная и полезная мощности являются функциями от внешнего сопротивления. Если R 0, то NП 0; R , то NП 0. В этом случае функция NП = f2 (R) имеет один максимум. Найдем условие, при котором полезная мощность максимальна, т. е. NП = NП, МАХ. Для этого производную приравняем нулю, т. е.= 0, т. е.(r2-R2) = 0. ( 0, то R = r и = 0,5). Вывод: Если R = r , то полезная мощность максимальна, а КПД источника тока равно 50%.
studfiles.net
Энергия и мощность электрического тока
В любой замкнутой электрической цепи источник затрачивает электрическую энергию Wистна перемещение единицы положительного заряда по всей цепи: и на внутреннем и на внешнем участках.
и;
Энергия источника определяется выражением: Wист=Eq=EIt= (U0+U)It;
Энергия источника (полезная), которая расходуется на потребителе: W=UIt;
Энергия источника (потери), которая расходуется на внутреннем сопротивлении источника: W=U0It;
Преобразование электрической энергии в другие виды энергий происходит с определенной скоростью. Эта скорость определяет электрическую мощность элементов электрической цепи:
;
Мощность источника определяется соотношением:
Мощность потребителя определяется соотношением:
Коэффициент полезного действияэлектрической цепиηопределяется отношением мощности потребителя к мощности источника:
Закон Джоуля - Ленца
Ток, протекая по проводнику, нагревает его (в этом случае электрическая энергия преобразуется в тепловую). Количество выделенного тепла будет определяться количеством электрической энергии, затраченной в этом проводнике.
Дж.
(кал).
Коэффициент 0,24 (электротермический эквивалент) устанавливает зависимость между электрической и тепловой энергией.
Часть3: Режимы работы электрических цепей
В электрических цепях все основные элементы делятся на активные и пассивные. Активными считаются элементы, в которых преобразование энергии сопровождается возникновением ЭДС (аккумуляторы, генераторы). Элементы, в которых ЭДС не возникает, называются пассивными.
Параметры электрических цепей:
Ток в замкнутой цепи ;
Напряжение на клеммах источника ;
Падение напряжения на сопротивлении источника ;
Полезная мощность (мощность потребителя) .
Электрические цепи могут работать в трех режимах:
Условие максимальной отдачи мощности: полезная мощность максимальна, когда сопротивление потребителя R станет равным внутреннему сопротивлению источника R0.
КПД при максимальной отдаче мощности равно 50%, к 100% КПД приближается в режиме, близком к холостому ходу.
Нормальным (рабочим) режимом называют такой режим работы цепи, при котором ток, напряжение и мощность не превышают номинальных значений, заданных заводом-изготовителем.
Источники тока могут работать в режиме генератора и в режиме нагрузки. Источники, ЭДС которых совпадают с направлением тока в цепи, работают в режиме генератора, а источники , ЭДС которых не совпадают с направлением тока, работают в режиме потребителя.
Напряжение источника, работающего в режиме генератора: .
Напряжение источника, работающего в режиме потребителя: .
Тема 1.3
Расчет электрических цепей постоянного тока
Основной целью расчета электрической цепи является нахождение ее параметров: ток, напряжение, сопротивление, мощность, КПД. Значения параметров дают возможность оценить условия и эффективность работы электротехнического оборудования и приборов во всех участках электрической цепи.
Для расчета электрических цепей основой служат законы Ома и Кирхгофа, Джоуля-Ленца.
Законы Кирхгофа
К характерным элементам электрической цепи относятся ветвь, узел, контур.
Ветвью электрической цепи называется ее участок, на всем протяжении которого величина тока имеет одинаковое значение. Ветви, которые содержат источники питания называются активными, а которые не содержат их – пассивными.
Узлом электрической цепи называется точка соединения электрических ветвей.
Контуром электрической цепи называют замкнутое соединение, в которое могут входить несколько ветвей.
Первый закон Кирхгофа
Сумма токов входящих в узел равна сумме токов, выходящих из узла. ИЛИ Сумма токов, сходящихся в узле равна нулю.
∑I=0; - математическое выражение первого закона Кирхгофа.
Второй закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на всех участках этой цепи.
; - математическое выражение второго закона Кирхгофа.
Последовательное соединение потребителей
Последовательным соединением участков эй цепи называют соединение, при котором через все участки цепи проходит один и тот же ток.
Общее напряжение последовательно соединенных элементов равно сумме напряжений на каждом элементе согласно второму закону Кирхгофа: ;
В соответствии с законом Ома: ; Из этого соотношения следует:; Таким образом, общее сопротивление цепи с последовательно соединенными элементами равно сумме этих сопротивлений.
Параллельное сопротивление потребителей
Параллельным соединением участков электрической цепи называется соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, то есть находятся под действием одного и того же напряжения.
Общий ток такого соединения согласно первому закона Кирхгофа будет равен сумме токов в отдельных ветвях: ; В соответствии с законом Ома:; Если поделить левую и правую части наU, получим:;
Обратная величина общего эквивалентного сопротивления параллельно включенных потребителей равна сумме обратных величин этих потребителей.
Величина, обратная сопротивлению определяет проводимость потребителя g. Тогда для параллельно соединенных потребителей справедливо:;
studfiles.net
Работа, энергия, теплота тока. Полезная, полная мощность. Закон Джоуля-Ленца
Мы уже выяснили, что источником движения электронов в проводнике служит электрическое поле, которое совершает работу по переносу заряда:
(1)Проходя через проводник, ток оказывает тепловое воздействие на сам проводник. Данное тепловое воздействие можно описать энергетически:
(2)Формула (2) описывает все энергетические характеристики, связанные с током, для упрощения, мы будем называть данный параметр через
.Используя определения силы тока:
, можем получить: (3)Соотношение (3) называется законом Джоуля-Ленца.
Учитывая закон Ома для участка цепи (
), можно получить следующий ряд уравнений: (4)- где
- — полное сопротивление цепи.
Использование каждого из этих уравнений диктуется условиями задачи.
Мы уже ввели понятие механической мощности
. Тогда соотношения (4) можно адаптировать под мощность: (5)Соотношение (5) определяет полную мощность, потребляемую участком цепи.
Для полной цепи постоянного тока, мощность источника тока/напряжения (т.е. мощность, выдаваемую самим источником), то необходимо использовать закон Ома для полной цепи:
, тогда: (6)- где
- — ЭДС источника,
- — внутреннее сопротивление источника.
Соотношение (6) определяет полную мощность, генерируемую источником тока/напряжения.
Тогда для полной цепи можем определить, так называемую, полезную мощность, т.е. мощность, расходуемую, непосредственно, на потребителя. Пусть в цепи потребляется напряжение
, тогда: (7)Исходя из закона Ома для участка цепи:
(8)Зная связь между ЭДС и напряжением:
Можем получить:
(9) Выражение (7) и (9) — полезная мощность, выдаваемая источником.
Вывод: любая энергетическая характеристика, связанная с током, может быть найдена, исходя из закона Джоуля-Ленца и его форм (4). По поводу мощности дела сложнее: по задаче нужно определить мощность чего нужно определить. Для этого выясняем, с какой цепью работаем:
- для участка цепи: формулы (5)
- для полной цепи:
- в случае вопроса о мощности источника, то формулы (6)
- в случае вопроса о полезной мощности, то формулы (7) и (9)
Поделиться ссылкой:
www.abitur.by
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ТОКА
Поиск Лекций
Цель работы: определить ЭДС источника постоянного тока методом компенсации, определить полезную мощность и КПД в зависимости от сопротивления нагрузки.
Оборудование: исследуемый источник тока, источник стабилизированного напряжения, магазин сопротивления Р32, миллиамперметр М45, гальванометр М122.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Источники тока – это устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии (механической, химической, тепловой) в электрическую энергию. В источниках тока происходит разделение электрических зарядов разного знака. Поэтому если полюса источника замкнуть на проводник, то по проводнику потечет электрический ток, вызванный движением зарядов под действием электростатического поля. За направление тока принято направление движения положительных зарядов. Ток потечет от положительного полюса источника через проводник к отрицательному полюсу. Но через источник тока заряды движутся наоборот, против сил электростатического поля. Это может происходить только под действием сил не электростатической природы, так называемых сторонних сил. Например, магнитной силы Лоренца в генераторах электростанций, сил диффузии в химических источниках тока.
Характеристикой источника тока является электродвижущая сила – ЭДС. Она равна отношению работы сторонних сил к величине заряда, перенесенного через источник:
. (1)
Рассмотрим электрическую цепь из источника тока с внутренним сопротивлением r, замкнутого на нагрузку сопротивлением R. Работа сторонних сил по закону сохранения энергии при неподвижных проводниках превращается в теплоту, выделяемую на нагрузке и внутреннем сопротивлении источника. Согласно закону Джоуля – Ленца теплота, выделяемая в проводнике, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление и время протекания тока. Тогда . После сокращения на Jt получим, что сила тока в цепи равна отношению ЭДС к полному сопротивлению электрической цепи:
. (2)
Это закон Ома для полной цепи.
При отсутствии тока через источник, при R→∞ J→0, падение напряжения на внутреннем сопротивлении отсутствует и ЭДС равна напряжению между полюсами источника . Единицей измерения ЭДС является вольт (В).
ЭДС можно измерить различными методами. Если, в простейшем случае, вольтметр c сопротивлением R подсоединить к полюсам источника с внутренним сопротивлением r, то, по закону Ома, показания вольтметра будут . Это меньше, чем ЭДС. Погрешность измерения тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра: .
В компенсационном методе измерения ЭДС ток через источник не течет (рис. 1). Если с помощью регулятора блока питания БП подобрать напряжения на магазине сопротивлений R точно равным ЭДС источника, то ток через источник и через гальванометр Г не потечет. Тогда ЭДС источника будет равна падению напряжения на магазине сопротивлений:
. (3)
Полезная мощность источника тока при неподвижных проводниках – это тепловая мощность, выделяемая на нагрузке. По закону Джоуля – Ленца Р = J 2R. Подставив силу тока, согласно закону Ома (2), получим формулу зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки:
. (4)
В режиме короткого замыкания при отсутствии нагрузки, R = 0, вся теплота выделяется на внутреннем сопротивлении и полезная мощность равна нулю (рис. 2). С увеличением сопротивления нагрузки, пока R<<r, полезная мощность возрастает почти прямо пропорционально сопротивлению R. С дальнейшим возрастанием сопротивления нагрузки наступает ограничение силы тока, и мощность, достигнув максимума, начинает спадать. При больших значениях сопротивления нагрузки (R>>r), мощность уменьшается обратно пропорционально сопротивлению, стремясь к нулю при разрыве цепи.
Максимум мощности соответствует условию равенства нулю первой производной от тепловой мощности по сопротивлению. Продифференцировав (4), получим . Отсюда следует, что полезная мощность максимальна, если R = r. Подставив в (4), получим .
Работа источника тока характеризуется коэффициентом полезного действия. Это, по определению, отношение полезной работы к полной работе источника тока: . После сокращения формула КПД примет вид
.(5)
В режиме короткого замыкания при R = 0, КПД равен нулю, так как равна нулю полезная мощность (рис. 3). В режиме максимальной мощности КПД источника тока равен 50%. С ростом сопротивления нагрузки КПД растет и стремится к 100% при больших значениях сопротивлениях(R>>r).
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1. Измерение ЭДС. Установить переключатель режима работы в положение «ЭДС». Установить на магазине сопротивление 500 Ом, предел измерения миллиамперметра 3 мА. На короткое время нажать на кнопку К и заметить, как отклоняется стрелка гальванометра при протекании тока от исследуемого источника.
Включить блок питания в сеть 220 В.
2. Нажать на кнопку К включения тока через гальванометр. Если стрелка гальванометра отклоняется так же, как при включении только источника тока, то увеличивайте силу компенсирующего тока от блока питания, контролируя его по миллиамперметру. Если стрелка отклоняется в обратном направлении, то уменьшайте силу тока, пока не добьетесь компенсации напряжений.
Повторить измерения не менее пяти раз, изменяя сопротивление в пределах 500 – 3000 Ом. Результаты записать в табл. 1
Таблица 1
Сопротивление R, Ом
|
|
|
|
|
| |
Сила тока J, мА
|
|
|
|
|
| |
ЭДС Е, В
|
|
|
|
|
| < Е>, В
|
|
3. Измерение мощности.
Установить и удерживать пружинный переключатель режима измерений в положение «Мощность». Выключить сопротивление магазина, R=0. Измерить при коротком замыкании силу тока по миллиамперметру. Цена деления миллиамперметра . Результат записать в табл. 2.
Повторить измерения, изменяя сопротивление с интервалом 100 Ом в диапазоне 0 – 1000 Ом. Результаты записать в табл. 2.
Выключить приборы.
4. Произвести расчеты.
Рассчитать ЭДС исследуемого источника по формуле Е = JR в каждом опыте. Определить среднее значение ЭДС <Е>.
Сопротивление магазина R, Ом
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила тока J, мА
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полезная мощность Рпол, мВт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полная мощность Рзатр, мВт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2
5. Оценить случайную погрешность измерения ЭДС по формуле прямых погрешностей
, (6)
где n – число измерений.
6. Рассчитать полезную Рпол =J 2R и полную Рзатр = <Е>J мощности источника тока.
Рассчитать КПД источника по формуле h = Рпол/Рзатр .
7. Построить графики зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки. Построить график КПД от сопротивления нагрузки. Размер графиков не менее половины страницы. На осях координат указать равномерный масштаб. Около точек провести плавные кривые линии так, чтобы отклонения точек от линий были минимальны.
8. Записать результат Е =<E> ±d E, Р = 90%.
Сделать выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните роль источника тока в электрической цепи. Дайте определение электродвижущей силы источника тока (ЭДС).
2. Выведите, используя закон сохранения энергии, и сформулируйте закон Ома для полной цепи.
3. Объясните суть компенсационного метода измерения ЭДС. Можно ли измерить ЭДС источника тока вольтметром?
4. Выведите формулу для полезной мощности источника тока. Изобразите график зависимости полезной мощности от величины сопротивления нагрузки, объясните эту зависимость.
5. Выведите условие максимальной мощности источника тока.
6. Выведите формулу КПД источника тока. Изобразите график зависимости КПД от сопротивления нагрузки источника тока. Объясните эту зависимость.
Работа 22
poisk-ru.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ТОКА — МегаЛекции
Цель работы: определить ЭДС источника постоянного тока методом компенсации, определить полезную мощность и КПД в зависимости от сопротивления нагрузки.
Оборудование: исследуемый источник тока, источник стабилизированного напряжения, магазин сопротивления Р32, миллиамперметр М45, гальванометр М122.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Источники тока – это устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии (механической, химической, тепловой) в электрическую энергию. В источниках тока происходит разделение электрических зарядов разного знака. Поэтому если полюса источника замкнуть на проводник, то по проводнику потечет электрический ток, вызванный движением зарядов под действием электростатического поля. За направление тока принято направление движения положительных зарядов. Ток потечет от положительного полюса источника через проводник к отрицательному полюсу. Но через источник тока заряды движутся наоборот, против сил электростатического поля. Это может происходить только под действием сил не электростатической природы, так называемых сторонних сил. Например, магнитной силы Лоренца в генераторах электростанций, сил диффузии в химических источниках тока.
Характеристикой источника тока является электродвижущая сила – ЭДС. Она равна отношению работы сторонних сил к величине заряда, перенесенного через источник:
. (1)
Рассмотрим электрическую цепь из источника тока с внутренним сопротивлением r, замкнутого на нагрузку сопротивлением R. Работа сторонних сил по закону сохранения энергии при неподвижных проводниках превращается в теплоту, выделяемую на нагрузке и внутреннем сопротивлении источника. Согласно закону Джоуля – Ленца теплота, выделяемая в проводнике, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление и время протекания тока. Тогда . После сокращения на Jt получим, что сила тока в цепи равна отношению ЭДС к полному сопротивлению электрической цепи:
. (2)
Это закон Ома для полной цепи.
При отсутствии тока через источник, при R→∞ J→0, падение напряжения на внутреннем сопротивлении отсутствует и ЭДС равна напряжению между полюсами источника . Единицей измерения ЭДС является вольт (В).
ЭДС можно измерить различными методами. Если, в простейшем случае, вольтметр c сопротивлением R подсоединить к полюсам источника с внутренним сопротивлением r, то, по закону Ома, показания вольтметра будут . Это меньше, чем ЭДС. Погрешность измерения тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра: .
В компенсационном методе измерения ЭДС ток через источник не течет (рис. 1). Если с помощью регулятора блока питания БП подобрать напряжения на магазине сопротивлений R точно равным ЭДС источника, то ток через источник и через гальванометр Г не потечет. Тогда ЭДС источника будет равна падению напряжения на магазине сопротивлений:
. (3)
Полезная мощность источника тока при неподвижных проводниках – это тепловая мощность, выделяемая на нагрузке. По закону Джоуля – Ленца Р = J 2R. Подставив силу тока, согласно закону Ома (2), получим формулу зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки:
. (4)
В режиме короткого замыкания при отсутствии нагрузки, R = 0, вся теплота выделяется на внутреннем сопротивлении и полезная мощность равна нулю (рис. 2). С увеличением сопротивления нагрузки, пока R<<r, полезная мощность возрастает почти прямо пропорционально сопротивлению R. С дальнейшим возрастанием сопротивления нагрузки наступает ограничение силы тока, и мощность, достигнув максимума, начинает спадать. При больших значениях сопротивления нагрузки (R>>r), мощность уменьшается обратно пропорционально сопротивлению, стремясь к нулю при разрыве цепи.
Максимум мощности соответствует условию равенства нулю первой производной от тепловой мощности по сопротивлению. Продифференцировав (4), получим . Отсюда следует, что полезная мощность максимальна, если R = r. Подставив в (4), получим .
Работа источника тока характеризуется коэффициентом полезного действия. Это, по определению, отношение полезной работы к полной работе источника тока: . После сокращения формула КПД примет вид
.(5)
В режиме короткого замыкания при R = 0, КПД равен нулю, так как равна нулю полезная мощность (рис. 3). В режиме максимальной мощности КПД источника тока равен 50%. С ростом сопротивления нагрузки КПД растет и стремится к 100% при больших значениях сопротивлениях(R>>r).
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1. Измерение ЭДС. Установить переключатель режима работы в положение «ЭДС». Установить на магазине сопротивление 500 Ом, предел измерения миллиамперметра 3 мА. На короткое время нажать на кнопку К и заметить, как отклоняется стрелка гальванометра при протекании тока от исследуемого источника.
Включить блок питания в сеть 220 В.
2. Нажать на кнопку К включения тока через гальванометр. Если стрелка гальванометра отклоняется так же, как при включении только источника тока, то увеличивайте силу компенсирующего тока от блока питания, контролируя его по миллиамперметру. Если стрелка отклоняется в обратном направлении, то уменьшайте силу тока, пока не добьетесь компенсации напряжений.
Повторить измерения не менее пяти раз, изменяя сопротивление в пределах 500 – 3000 Ом. Результаты записать в табл. 1
Таблица 1
Сопротивление R, Ом
|
|
|
|
|
| |
Сила тока J, мА
|
|
|
|
|
| |
ЭДС Е, В
|
|
|
|
|
| < Е>, В
|
|
3. Измерение мощности.
Установить и удерживать пружинный переключатель режима измерений в положение «Мощность». Выключить сопротивление магазина, R=0. Измерить при коротком замыкании силу тока по миллиамперметру. Цена деления миллиамперметра . Результат записать в табл. 2.
Повторить измерения, изменяя сопротивление с интервалом 100 Ом в диапазоне 0 – 1000 Ом. Результаты записать в табл. 2.
Выключить приборы.
4. Произвести расчеты.
Рассчитать ЭДС исследуемого источника по формуле Е = JR в каждом опыте. Определить среднее значение ЭДС <Е>.
Сопротивление магазина R, Ом
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила тока J, мА
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полезная мощность Рпол, мВт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полная мощность Рзатр, мВт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2
5. Оценить случайную погрешность измерения ЭДС по формуле прямых погрешностей
, (6)
где n – число измерений.
6. Рассчитать полезную Рпол =J 2R и полную Рзатр = <Е>J мощности источника тока.
Рассчитать КПД источника по формуле h = Рпол/Рзатр .
7. Построить графики зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки. Построить график КПД от сопротивления нагрузки. Размер графиков не менее половины страницы. На осях координат указать равномерный масштаб. Около точек провести плавные кривые линии так, чтобы отклонения точек от линий были минимальны.
8. Записать результат Е =<E> ±d E, Р = 90%.
Сделать выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните роль источника тока в электрической цепи. Дайте определение электродвижущей силы источника тока (ЭДС).
2. Выведите, используя закон сохранения энергии, и сформулируйте закон Ома для полной цепи.
3. Объясните суть компенсационного метода измерения ЭДС. Можно ли измерить ЭДС источника тока вольтметром?
4. Выведите формулу для полезной мощности источника тока. Изобразите график зависимости полезной мощности от величины сопротивления нагрузки, объясните эту зависимость.
5. Выведите условие максимальной мощности источника тока.
6. Выведите формулу КПД источника тока. Изобразите график зависимости КПД от сопротивления нагрузки источника тока. Объясните эту зависимость.
Работа 22
megalektsii.ru
Мощность - источник - ток
Мощность - источник - ток
Cтраница 3
При дальнейшем повышении градиента потенциала ( см. рис. X, 1) сила тока возрастает сначала относительно медленно, а при определенном значении градиента потенциала, равном В, резко увеличивается скачком до очень высоких значений, опре-деляемых в основном внешним сопротивлением цепи и мощностью источника тока. Одновременно появляется яркое свечение газа. Это явление, происходящее, например, в воздухе при атмосферном давлении и значении градиента потенциала порядка 3 - КИ в / см, называется зажиганием газового разряда, или пробоем газового промежутка. [31]
В качестве источников постоянного тока для питания схем электроискровых станков наиболее широко используются мотор-генераторы ( серии ПН заводов Электросила, ХЭМЗ, ЯЭМЗ и др.), а также селеновые, механические и ламповые выпрямители. Мощность источника тока определяется по наиболее жесткому режиму. [32]
Правилами устройства электроустановок защитное заземление нормируется по величине его сопротивления. Если мощность источника тока меньше 100 кВА, то сопротивление заземления допускается равным 10 Ом; при мощности источника тока более 100 кВА сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю ( больше 500 А) сопротивление заземли-геля не должно превышать 0 5 Ом. [33]
Правилами устройства электроустановок защитное заземление нормируется по величине его сопротивления. Если мощность источника тока меньше 100 кВА, то сопротивление заземления допускается равным 10 Ом; при мощности источника тока более 100 кВА сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю ( больше 500 А) сопротивление заземли-теля не должно превышать 0 5 Ом. [34]
Однако сама печь и заложенный в нее металл обладают определенной теплоемкостью. Но мощность источника тока ограничена каким-то пределом. Поэтому и достигаемая максимальная скорость нагрева печи с металлом будет тоже ограничена определенным пределом. [35]
Правилами устройства электроустановок защитное заземление нормируется по величине его сопротивления. Если мощность источника тока меньше 100 кВА, то сопротивление заземления допускается равным 10 Ом; при мощности источника тока более 100 кВА сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю ( больше 500 А) сопротивление заземли-теля не должно превышать 0 5 Ом. [36]
Если же мощность источника тока ограничена, то целесообразнее применить цепи с дифференциальной реактивной катушкой или трансформатором. [37]
Электрофизический метод контроля основан на пропускании тока большой величины через токопроводящие цепи. При этом мощность источника тока выбирают такой, чтобы нагрев дефектных участков цепи вызывал их расплавление и никак не отражался на целостности годных участков печатных трасс. Метод весьма прост, но не нашел широкого распространения из-за того, что его использование уже само по себе способствует возникновению дефектов в МПП вследствие повышенных электрических нагрузок. [38]
Электролит, пригодный для использования в химических источниках тока, должен, прежде всего, обладать высокой электропроводностью. В противном случае мощность источника тока будет ограничена его внутренним сопротивлением. Кроме требования высокой электропроводности, раствор электролита должен содержать ионы, участвующие в электрохимическом процессе, для обеспечения обратимой работы электродов. Однако, это условие выполнить не всегда возможно, так как, например, фториды и хлориды щелочных металлов растворимы часто слишком мало. [39]
Однако в момент пробоя, вследствие образования высоких концентраций электронов и ионов, сопротивление газового промежутка резко снижается, а сила тока увеличивается в соответствии с ранее описанной картиной пробоя ( см. рис. 6) до очень большой величины. Если при этом мощность источника тока мала или сопротивление внешней цепи велико, то поддержание такой силы тока оказывается невозможным и разряд гаснет. При прекращении прохождения тока напряжение на электродах вновь повышается и опять следует пробой. Следовательно, процесс прохождения тока через газ имеет в этом случае прерывистый характер. [41]
Источник тока отдает наибольшую мощность во внешнюю цепь, когда его внутреннее сопротивление гвн равно сопротив лению цепи R. Эта мощность будет равна половине мощности источника тока. [43]
Источник тока отдает наибольшую мощность во внешнюю цепь, когда его внутреннее сопротивление гвп равно сопротивлению цепи R. Эта мощность будет равна половине мощности источника тока. [44]
Сопротивления плеч R3 и 4 у такого моста следует выбирать возможно малыми. Предел для их уменьшения кладется мощностью источника тока, питающего мост, и нагревом этих сопротивлений протекающим током. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Поделиться с друзьями: