5.2. Порядок выполнения работы

Задание 1. Расширение предела измерения по току.

1. Получить у преподавателя задание: во сколько раз нужно расширить предел измерения гальванометра, т.е. значение числа n.

2. Собрать цепь по схеме рис. 5.3, где R₀ − магазин сопротивлений Р33; R_ш − магазин сопротивлений Р32.

3. С помощью ручек сопротивления R₀ установить максимальное сопротивление.

4. Замкнуть ключ К₁. Изменяя значение R₀, добиться отклонения стрелки гальванометра на всю шкалу.

5. Разомкнуть ключ К₂.

6. Рассчитать сопротивление шунта (5.4).

7. Набрать с помощью ручек R_ш найденное значение сопротивления шунта.

8. Замкнуть ключ К₂ и подрегулировать точное положение стрелки на максимальное деление шкалы.

9. Замкнуть ключ К₁. Если расчёт и установка шунта выполнены верно, то стрелка гальванометра должна установиться на число делений в n раз меньшем, чем при разомкнутом ключе К₁, т.е. при отсутствии шунта.

10. Рассчитать длину проволоки, которую можно использовать в качестве шунта для того, чтобы расширить предел измерения гальванометра по току в то же число раз (5.7).

Контрольные вопросы

1. Что называется ценой деления прибора? чувствительностью?

2. Смысл и назначение множителей шунта и добавочного сопротивления?

3. Как расширить предел измерения амперметра? вольтметра?

4. Каково соотношение между внутренним сопротивлением амперметра и сопротивлением цепи, в которую он включается? Почему?

5. Какие требования предъявляются к материалам, используемым для изготовления шунтов? добавочных сопротивлений?

6. Почему приборы магнитоэлектрической системы имеют равномерную шкалу?

Лабораторная работа № 10 исследование зависимости энергетических характеристик аккумулятора от нагрузки

Цель работы: изучить зависимость полезной, полной мощностей и КПД аккумуляторной батареи от силы тока в цепи; экспериментально проверить теоретические выводы.

Оборудование: аккумуляторная батарея, вольтметр, амперметр, реостат, два ключа.

10.1. Краткие теоретические сведения

Аккумуляторы – химические источники тока, в которых электрическая энергия получается за счёт химических реакций. На практике применяют аккумуляторы кислотные и щелочные. В качестве электролита в щелочных аккумуляторах используется 20 % раствор щёлочи в воде. В зависимости от химического состава электродов щелочные аккумуляторы делятся на железо-никелевые, кадмиево-никелевые, цинково-никелевые и т.д. Наиболее часто применяются железо-никелевые и кадмиево-никелевые. Корпуса таких аккумуляторов изготавливают из никелированного железа. Активной массой анодов до зарядки является гидроксил никеля Ni(OH)₂.

Схематически реакции зарядки − разрядки можно записать так:

При зарядке аккумулятора активная масса пластин на аноде превращается в гидроксид никеля Ni(OH)₂, а активная масса на аноде − в губчатое железо или губчатый кадмий. При разрядке аккумулятора совершается обратный процесс. Рабочее напряжение щелочных аккумуляторов 1,3 … 1,1 В.

Аккумулятор характеризуется электродвижущей силой  и внутренним сопротивлением r.

Мощность, расходуемая источником, частично выделяется во внешней цепи (P_полез), частично  на внутреннем сопротивлении (рис. 10.1).

Коэффициент полезного действия источника (КПД) равен:

(10.1)

Закон Ома для замкнутой цепи может быть записан в форме:

(10.2)

где   электродвижущая сила источника, I  величина тока, R  внешнее сопротивление, r  внутреннее сопротивление источника.

Величину

(10.3)

называют напряжением во внешней цепи. С нарастанием тока напряжение линейно убывает. При разомкнутой цепи U = .

Домножив уравнение (10.2) на величину тока

(10.4)

получим линейную зависимость полной мощности от величины тока (рис. 10.2, 2)

(10.5)

Полезная мощность определится выражением:

(10.6)

Через характеристики источника полезная мощность дает параболическую зависимость от величины тока (рис. 10.2, 3):

(10.7)

Исследование зависимости на максимум показывает, что полезная мощность максимальна при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений.

Зависимость КПД от величины тока линейная (рис. 10.2, 1):

(10.8)

Экспериментально, воспользовавшись вольтметром и амперметром, мы можем получить зависимость напряжения во внешней цепи от величины тока U(I) и рассчитать соответствующие зависимости от величины тока полной, полезной мощности и КПД. Аппроксимация этих зависимостей полиномом соответствующей степени позволит найти параметры  и r источника.

Описанные выше зависимости могут быть выражены также через отношение внешнего и внутреннего сопротивлений R/r

(10.9)

(10.10)

(10.11)

(10.12)

Максимальные значения этих величин соответственно равны

Обычно графически (10.9  10.12) изображают в относительных координатах (рис. 10.3)

(10.13)

(10.14)

(10.15)

Экспериментально требуется исследовать зависимость полезной и полной мощностей и КПД от силы тока. Обработку полученных результатов можно провести с помощью компьютерной программы, данной в приложении с аппроксимацией полученных данных полиномом, соответствующей степени, графическими построениями.