Энергетика источника тока

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

ОТЧЕТ

 по лабораторной работе  №5

(ЭНЕРГЕТИКА ИСТОЧНИКА ТОКА)

Выполнил: студент группы ГТС-18         ____________                     /Аристова О.А/

                                                                                                                            (подпись)                                                      (Ф.И.О.)

Проверил:           доцент                              ____________                       /Фицак В.В../

                                                   (должность)                                                        (подпись)                                                        (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2019

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.

Теоретические основы лабораторной работы :   Изучение  закономерностей работы источников электроэнергии с нагрузкой (потребителем)  позволит обобщить приобретенные знания и успешно использовать их как в лабораторных условиях, так и в производстве.[pic 2]

Рассмотрим электрическую цепь, представленную на рис. 1. Допустим, что контакт К разомкнут. В этом случае электрический ток идёт только через вольтметр и источник тока. Допустим далее, что вольтметр имеет достаточно большое омическое сопротивление. Тогда током, протекающем в цепи, можно в первом приближении пренебречь. Поскольку мы пренебрегаем током в цепи, постольку отсутствует падение напряжения на внутреннем сопротивлении r источника и, как следствие, разность потенциалов на клеммах источника оказывается равной ε. Таким образом, при разомкнутом контакте К вольтметр регистрирует ε – величину электродвижущей силы (ЭДС) источника тока.

Погрешность определения величины ε по данной методике возникает по двум причинам:

1) используемый для измерения вольтметр обладает ограниченной точностью;

2) через источник тока и вольтметр всё же течёт некоторый малый ток, который вызывает падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника, и поэтому показания вольтметра будут несколько меньше величины ε.

Теперь допустим, что контакт К замкнут. В этом случае через внешнее сопротивление R пойдёт электрический ток, сила которого определяется законом Ома для замкнутой цепи:

[pic 3].                                                            (5.1)

Прохождение электрического тока в цепи вызывает падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока, равное I⋅r. Поэтому показание вольтметра U будут меньше ЭДС источника на величину падения на внутреннем сопротивлении:

[pic 4].

В последнем соотношении все величины, кроме внутреннего сопротивления, известны из измерений и поэтому величина r и падение напряжения на внутреннем сопротивлении, равное I⋅r, могут быть рассчитаны.

Рассмотрим теперь конкретные режимы работы источника тока. Исходя из закона Ома (5.1), можно показать, что ток в замкнутой цепи достигает наибольшего значения, равного [pic 5], при R = 0. Этот режим работы источника в режиме короткого замыкания. Если наоборот, сопротивление внешней цепи R→∞, то ток асимптотически стремится к нулю. Такой режим называется режимом холостого хода. В этом случае, как было показано ранее, разность потенциалов между клеммами источника равна ЭДС.

Отметим также, что разность потенциалов U на клеммах источника одновременно является и падением напряжения на внешнем сопротивлении (см. рис. 1) и поэтому по закону Ома для участка цепи с использованием формулы (5.1):