Материалы, представляемые в отчете по каждому из разделов работы

1. Принципиальные электрические схемы проведенных опытов.

2. Экспериментальные данные.

3. Расчеты и расчетные данные.

4. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о дифференциальной и интегральной формах закона Ома.

2. Что является общим для последовательно соединенных сопротивлений и для параллельно соединенных.

3. Как используются правила Кирхгофа при выводе законов Ома для последовательного и параллельного соединения сопротивлений.

6 Лабораторная работа № 2

ОПТИМАЛЬНАЯ НАГРУЗКА И ОПТИМАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ В АКТИВНОЙ ЦЕПИ

Цель работы – определить оптимальную нагрузку на активном сопротивлении и оптимальную передачу энергии. Знакомство с методами моделирования в среде Multisim 2001.

Лабораторные установки, измерительные приборы, оборудование: Компьютер с программой Multisim 2001 Education Demo: -виртуальные приборы для измерения напряжения V и тока I; сопротивления; соединители.

Краткие теоретические сведения

6.1 Оптимальная нагрузка

Р еальные источники энергии имеют внутреннее сопротивление (R₀), поэтому мощность выделяемая на сопротивлении нагрузки (R_Н)зависит от величины этого сопротивления (рис.6.1).

Рис. 6.1

Мощность, вырабатываемая генератором без нагрузки

P₀ = /R₀ . (6.1)

Мощность, выделяемая на нагрузке

P_Н = R_Н / (R_Н +R₀)² . (6.2)

Приравнивая нулю производную от P_Н по R _Н, получим соотношение между сопротивлениями (R₀ = R_Н ), при котором выделяется максимальная мощность на нагрузке

P_Н = 0,25 P₀ (6.3)

6.2 Оптимальная передача энергии

На практике часто необходимо от первичной цепи отделить часть энергии во вторичную цепь. Возникает вопрос - сколько можно извлечь мощности из первичной цепи. Соединение двух цепей представлено на

рис.6.2.В этой схеме параллельно соединены выходное сопротивление (R_Н) первичной цепи и входное сопротивление (R_Х) вторичной цепи. Падение напряжения на них определяется по формуле:

U_Н = , (6.4)

где =

Из этих соотношений определяется мощность передаваемая во вторичную цепь

P_Х = = ( ) / ( )² (6.5)

Приравнивая нулю производную от P_X по R_X, получим соотношение

= . (6.6)

Подставляя это соотношение в (6.5), определим максимальную мощность, поступающую в сопротивление R_Х

P_Х = 0,25 К P₀ (6.7)

п ри R _Н = R _Х /(R ₀ – R_Х ) и К = R_Х/ R₀ .

Рис.6.2

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему, представленную на рис.6.1. Установить R₀ =10 Ом и , меняя номинальные значения сопротивления R_Н от 1 до 10 Ом через 1 Ом, а от 10 до 100 Ом через 10 Ом, определить значения I_K, U_K . Данные представить в виде табл.3.

_{Таблица 3}

N	RН	I	U	PН	Y	X
1	RН1	I1	U1	PН1	Y1	X1
...	...	...	...	...	...	...
K	R НK	IK	UK	PНК	YK	XK
...	...	...	...	...	...	...
N	R НN	IN	UN	PНN	YN	XN

В этой таблице Y_K = P_НК / P₀, где P_НК = I_K U_K , а X_K = R _НK / R _{0 ,}

P₀ = /R₀ . Построить график Y =f (x).

2. Собрать схему, представленную на рис.6.2. Установить R₀ =10 Ом и

R_Н =10 Ом. Меняя номинальные значения сопротивления R_X от 1 до 10 Ом через 1 Ом, а от 10 до 100 Ом через 10 Ом, определить значения I_K, U_K . Данные представить в виде табл.4.

_{Таблица 4}

N	RX	I	U	PX	Y	X
1	RX1	I1	U1	PX1	Y1	X1
...	...	...	...	...	...	...
K	RXK	IK	UK	PXК	YK	XK
...	...	...	...	...	...	...
N	RXN	IN	UN	PXN	YN	XN

В этой таблице Y_K = P_ХК / P₀, где P_ХК = I_K U_K , а X_K = R _ХK / R _{0 ,}

P₀ = /R₀ Построить график Y =f (x).

Измерения и обработку результатов измерений повторить при R_Н=100 Ом.

3 По результатам работы сделать выводы:

- о пригодности закона Ома к расчету электрических цепей;

- о пригодности программы к моделированию работы электрических цепей.

ВНИМАНИЕ. Смену элементов схем и их номиналов производить только при выключенном источнике питания схемы.