Определение внутреннего сопротивления и эдс источника
Цель: познакомиться с методами определения характеристик источника тока.
Приборы и принадлежности: исследуемый источник тока, «магазин сопротивлений», амперметр (лучше цифровой), ключ, проводники.
Сведения из теории
Подробно теоретические сведения для данной лабораторной работы изложены в разделе 3.2.2. Закон Ома (стр. 159-160 данного учебного пособия).
Теоретические основы определения «r» и «ε»
Связь между I, ε, r сформулирована в законе Ома для полной цепи
,
(5.1)
где R – внешнее, r – внутреннее сопротивления цепи.
Закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R записывается как
.
(5.2)
Сравнивая (5.1) и (5.2), можно увидеть, что
.
Отсюда следует, что если по цепи течет ток, то (φ1 – φ2) < ε, а при разомкнутой цепи (R = ) ε = φ1 – φ2.
В данной работе для определения «r» и «ε» используются два сравнительно простых способа, основанных на простых измерениях (в замкнутой цепи) зависимости силы тока I от внешнего сопротивления R, т.е. на основе данных I1, I2, …, Ik, …, In, … при R1, R2, …, Rk, …, Rn, … .
1-й способ (по двум парам I и R).
Из полученных в ходе эксперимента данных выбираются две любые пары для I и R, Например, Ik, Rk и In, Rn и по ним вычисляется сначала «r»
(3)
а затем и
(или
).
(4)
Формула (3) получена после приравнивания правых частей выражений (4), следующих из (1).
2-й способ (графический).
Формулу (1) запишем в «перевернутом» виде
или
.
(5)
Л
егко
усмотреть, что зависимость
носит линейный характер (рис.5.1). Если
эту линию продолжить до точки пересечения
с осями
и R (точки А и В),
то ясно, что отрезок ОА – есть не что
иное, как внутреннее сопротивление
источника «r» (точка
А соответствует случаю, когда
,
а это может быть только при –R
= r). Отрезок ОВ
дает значение
(точка В соответствует случаю R
= 0).
Если
(обозначим через «С») то, зная «r»,
легко вычислить
.
Порядок выполнения работы
1. Путем осмотра познакомиться с приборами, предлагаемыми для выполнения работы.
2
.
По схеме (рис.5.2) собрать электрическую
цепь. В качестве R
используется «магазин сопротивлений»
‒ МС. На цифровой миллиамперметр
(«вольтметр») подать его рабочее
напряжение 220 В, нажать кнопку диапазона
«20», ключ «К» поставить в положение
«разомкнуто».
3. Снять зависимость I = f(r). Для этого установить на МС некоторое R, например R = 700 Ом, замкнуть ключ «К» и измерить I. Уменьшая R (скажем, на 100 Ом) каждый раз измерить I. Результаты 5-7 измерений занести в таблицу
-
Ri, Ом
700
600
500
400
300
200
100
Ii, А
,
А-1
<r>=…, <ε>=… .
4. I-й способ.
Из полученных в п. 3 данных выбрать любые (но не стоящие рядом) две пары Ik, Rk и In, Rn и по формулам (3) и (4) вычислить «r1» и «ε1».
Эту операцию повторить не менее 3-х раз и вычислить средние значения <r1>= …,<ε 1>=… («1» - первый способ).
5. II-й способ.
Для каждого I вычислить
.
Результаты занести в табл. 1. Построить
график зависимости
на миллиметровой бумаге формата А4 и по
предложенному выше методу (см. теоретические
основы) определить r2
и ε2 («2» - второй
способ).
Сравнить <r1> и <r2> = r2, <ε1> и <ε2> = ε2, вычислив расхождения, полученные по I-му и II-му способам.
,
.