1. Расчеты

1. Построить графики зависимости R = f(t) для каждого проводника.

2. Рассчитать температурный коэффициент сопротивления α по формуле (5) для каждого проводника. Значения сопротивлений R₁ и R₂ и соответствую-щие им температуры t₁ и t₂ определить из графиков R = f(t).

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Что называется электрическим сопротивлением?

2. От чего зависит сопротивление проводника? Запишите формулу для расчета.

3. Как зависит электрическое сопротивление металлов от температуры? Запи-шите формулу.

4. Дайте определение температурного коэффициента сопротивления.

5. Сравните полученный экспериментально график с теоретической зависимо-стью. Сравните найденные значения температурных коэффициентов сопро-тивления α₁, α₂ с табличными. Сделайте вывод.

126

Электростатика и постоянный ток	Описания лабораторных работ
ПРОТОКОЛ
измерений к лабораторной работе №46
Выполнил(а)_____________________	Группа__________________

Проводник 1

t,

°C

R,

Ом

Проводник 2

t,

°C

R,

Ом

Дата________ Подпись преподавателя___________________

127

Описания лабораторных работ Электростатика и постоянный ток

Лабораторная работа № 49

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ИСТОЧНИКА ЭДС ОТ СИЛЫ ТОКА

Цель работы – исследовать зависимость полезной мощности P, выделяю-щейся во внешней электрической цепи, от силы тока I; исследовать зависи-мость коэффициента полезного действия источника эдс от силы тока I.

Приборы и принадлежности: источник эдс, амперметр, вольтметр, рео-стат, выключатели.

Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 1) состоит из источника эдс G1, вольтметра V, ампермет-ра A, реостата R; ключей K1 и K2.

	G1
K2	P1
	V
	A	P2
K1	R

Рисунок 1

Общие положения

Полная мощность P₀ , развиваемая источником электрической энергии, определяется формулой:

P0 = Iε ,

(1)

где I – сила тока; ε – электродвижущая сила (эдс) источника электрической энергии.

Полезная мощность P, выделяющаяся во внешней части электрической цепи, определяется формулой:

P = IU ,

(2)

где U – напряжение на внешней части электрической цепи.

Коэффициент полезного действия η (кпд) источника эдс определяется от-ношением полезной мощности P к полной мощности P₀ :

η =	P	.	(3)
	P
	0

128

Электростатика и постоянный ток	Описания лабораторных работ
Подставив (1) и (2) в формулу (3), получим
η = U .	(4)
ε

Если потребителем электрической энергии служит однородный провод - ник, то по закону Ома U = IR . Для замкнутой цепи, содержащей источник тока

ε = I (R + r),

(5)

где R – электрическое сопротивление внешнего участка электрической цепи; r – внутреннее сопротивление источника эдс.

Подставив записанные соотношения в формулу (4) и проведя преобразо-вания, получим

η =	1			.	(6)
1 +		r
		R

Мощность, выделяемая на внешнем участке однородной электрической цепи, определяется законом Джоуля −Ленца:

P = I 2 R .			(7)
Используя (5), получим выражение для расчета полезной мощности
P =	ε2 R	.	(8)
	( R + r)2

С помощью формулы (8) можно получить значение R, при котором по-лезная мощность достигает максимального значения. Приравнивая первую производную мощности Р по R к нулю и учитывая, что R и r всегда положи-тельны, получим R = r. Полезная мощность достигает максимального значения, если сопротивление внешней электрической цепи равно внутреннему сопро-тивлению источника электрической энергии эдс которого ε:

P_max = ^ε2

4 r

Из анализа формулы (6) следует, что кпд в этом случае равен 0,5.

Зная максимальную полезную мощность P_max и эдс ε, можно определить внутреннее сопротивление источника:

r =	ε2	.	(9)
	4P
	max

129

Описания лабораторных работ Электростатика и постоянный ток

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие величины Вы будете измерять непосредственно?

3. Какие величины необходимо рассчитать в работе?

4. Запишите формулы, по которым рассчитываются полезная мощность, полная мощность и кпд источника тока.

5. Какие графики надо построить по результатам эксперимента?

Выполнение работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1). Определить цену деления вольтметра и амперметра.

2. Оставляя ключ K1 разомкнутым, замкнуть ключ K2 и записать показание вольтметра. Показание вольтметра при разомкнутом выключателе K1 с достаточной степенью точности можно считать равным значению эдс ис-точника электрической энергии.

3. Введя полностью сопротивление R реостата, замкнуть ключ K1, записать значения напряжения и силы тока.

4. Постепенно увеличивая ток в электрической цепи от минимального до максимально допустимого значения, выполнить 9−11 измерений силы тока и напряжения.

Оформление отчета