новая папка 1 / 271406

Параметр Q Idt называют емкостью источника (смысл этого тер-

0

мина не совпадает с термином «электроемкость конденсатора»). Эта величина измеряется в кулонах, но чаще - в ампер-часах: 1 A ч = 3600. Она вводится для источников тока, в которых энергия, преобразующаяся в электроэнергию, содержится в самом источнике тока.

Существенным является вид тока, который дает источник: постоянный, переменный (синусоидальный, несинусоидальный, импульсный).

При замыкании цепи (соединение клемм источника проводником сопротивлением R ) по цепи идет ток I . Этот проводник называют нагрузкой, а I - силой тока нагрузки. Напряжение на клеммах источника при этом уменьшается на значение напряжения на внутреннем участке цепи U IR Ir , то есть зависимость между напряжением и силой тока – ли-

нейная (рисунок 3). При коротком замыкании Iкз r и U 0 .

Рисунок 3 - Зависимость напряжения на клеммах источника от силы тока нагрузки

11

Полная мощность, выделяемая источником, равна

на нагрузку приходится только часть

так как I 2r затрачивается на нагрев внутренней части цепи (рисунок 4).

1- полная мощность; 2 – мощность, выделяемая во внешней части цепи (на нагрузке)

Рисунок 4 - Зависимость мощности, выделяемой источником, от силы тока нагрузки

12

нием сопротивлений.

Однако, с энергетической точки зрения такая нагрузка не является оптимальной, так как КПД при этом равен

Поэтому в электротехнике обычно используют токи I I2кз , то есть

берут R r .

Все приведенные рассуждения справедливы для любых источников при условии, что электродвижущая сила и внутреннее сопротивление r не зависят от нагрузки.

Возникновение э.д.с. в гальваническом элементе

Наиболее широко распространены химические источники тока (в переносных приборах) и машинные генераторы (питание электросетей).

К химическим источникам тока относятся гальванические элементы и аккумуляторы.

Рассмотрим возникновение э.д.с. в гальваническом элементе.

13

атомы цинка, а положительные ионы Zn ++ , в

результате чего раствор заряжается положительно, а цинковая пластина – отрицательно. При этом между раствором и пластиной возникает разность потенциалов. При некотором потенциале металла относительно раствора, называемом электрохимическим, переход ионов цинка в раствор прекращается. Он зависит от свойств металла, жидкости и от концентрации ионов металла в растворе.

При контакте металла с водой металл заряжается более отрицательно, чем при контакте металла с раствором соли, содержащем ионы металла. При большой концентрации ионов в растворе может произойти обратный процесс, при котором положительные ионы начнут осаждаться на металле и он зарядится положительно. Таким образом, при различных комбинациях металлов, жидкостей и концентраций ионов в растворах могут возникать различные электрохимические потенциалы.

Поскольку электрохимический потенциал зависит от концентрации ионов металла, условились брать раствор, содержащий в 1литре раствора моль ионов металла, деленный на валентность иона. Электрохимический потенциал металла относительно такого раствора называется абсолютным нормальным потенциалом. Например. для растворов в серной кислоте это потенциал для Zn равен – 0,5 В, а для Cu равен +0,6 В.

14

Методы измерения э.д.с. и внутреннего сопротивления источника

тока

В данной работе для определения э.д.с. и внутреннего сопротивления используются два простых способа, основанных на простых измерениях в замкнутой цепи зависимости силы тока I от внешнего сопротивления R .

Первый способ

Запишем закон Ома для замкнутой цепи (9) в виде:

Решая систему уравнений (16), получим формулу для расчета внутрен-

Далее, зная внутреннее сопротивление, можно определить, используя (18), э.д.с. источника.

Экспериментально получают данные I1 , I 2 ,....In при R1 , R2 ,....Rn .

16

Из полученных данных выбираются 2 любые пары для силы тока I и внешнего сопротивления R и по ним вычисляются э.д.с. и внутреннее сопротивлениеr :

r In Rn Ik Rk

Ik In

Ik (Rk r)

Из (22) видно, что зависимость 1I f (R) - линейная.

17

На рисунке 8 представлена зависимость (23).

1I , A 1

B

r

Рисунок 8 - Графический способ определение ЭДС и внутреннего сопротивления

Из простого анализа зависимости (22) следует, что отрезок ОА на гра-

фике зависимости 1I f (R) определяет внутреннее сопротивление источника r , а отрезок ОВ – отношение r .

18

Порядок проведения измерений и вычислений. Оценка погрешности измерений

1 Ознакомьтесь с приборами для выполнения лабораторной работы. В работе используются: источник постоянного тока с э.д.с. и внутренним сопротивлением r ( и r необходимо определить экспериментально); магазин сопротивлений – набор эталонных резисторов с переключателями, позволяющими устанавливать сопротивление от нуля до некоторого максимального значения; мультиметр – комбинированный электроизмерительный прибор, включенный в режимы: миллиамперметра постоянного тока с пределом измерения 200 mA ; милливольтметра с пределом измерения 20 В.

2 По схеме (рисунок 9) соберите электрическую цепь.

,r

K

mA

Рисунок 9 - Электрическая схема для определения ЭДС и внутреннего сопротивления

3 Снимите зависимость силы тока I от внешнего сопротивления R . Указание: при значениях силы тока в цепи I 20 mA переключите предел измерения амперметра с 200 mA на 20 mA. Результаты измерений запишите в таблицу 1:

19

Таблица 1 - Результаты измерений силы тока в замкнутой цепи

4 Из данных таблицы выберите любые, не стоящие рядом 2 пары Ik ,Rk и In , Rn . По формулам (18) и (19) вычислите ri , i для 5 пар величин.

5Вычислите средние значения внутреннего сопротивления и э.д.с. источника: r1 и 1.

6Переключите мультиметр в режим «Вольтметр постоянного тока» с пределом измерения 20 В. Измерьте электродвижущую силу источника изм ,

подключив вольтметр к клеммам источника тока.

7 Учитывая, что относительная инструментальная погрешность вольтметра равна = 0,008 , вычислите абсолютную инструментальную погрешность прибора по формуле: U = xв , где xв 20 В - верхний предел изме-

рения вольтметра.

8 Запишите доверительный интервал для прямого измерения электродвижущей силы источника изм :

20