Задание 4. Измерение ЭДС источника методом компенсации. Эдс как измерить

Задание 1. Измерение ЭДС источника тока вольтметром

Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Общие сведения

Источники тока – это устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую энергию. Химические источники тока вырабатывают электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций химических реагентов (аккумуляторы, гальванические элементы). Физическими источниками тока называют устройства, преобразующие тепловую, механическую и электромагнитную энергию в электрическую энергию – электромашинные, термоэлектрические генераторы, солнечные батареи и др.

Источник постоянного тока имеет два вывода, между которыми создается определенная разность потенциалов – напряжение. При подключении к источнику внешней нагрузки, через нее начинает протекать электрический ток. В нагрузке, как правило, происходит преобразование получаемой от источника электрической энергии в другие ее виды: механическую (в электродвигателях), световую (в электролампах), тепловую (в электронагревателях) и т. д.

Напряжение на выводах источника тока всегда в той или иной степени зависит от мощности, отдаваемой в нагрузку.

Основными характеристиками источника тока являются электродвижущая сила Е и внутреннее сопротивление r.

Электродвижущая сила источника тока (ЭДС) есть работа сторонних (неэлектростатических) сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутой цепи:

Сторонние силы, перемещая заряд q0 от отрицательного к положительному полюсу источника тока, совершают работу против электростатических сил. Поэтому ЭДС, в отличие от напряжения U, направлена от отрицательного полюса к положительному.

ЭДС измеряется в вольтах и численно равна напряжению на выводах источника при разомкнутой внешней цепи.

Внутреннее сопротивление источника тока обусловлено совокупностью физических эффектов, ограничивающих мощность, отдаваемую источником в нагрузку.

К таким эффектам относится, например: малая площадь контактирующих друг с другом химических реагентов в аккумуляторах; конечная скорость вращения лопастей турбогенераторов; ограниченное значение падающего потока световой энергии в солнечных батареях и др. Определенный вклад в ограничение отдаваемой мощности вносит и активное сопротивление отдельных конструктивных элементов источника тока.

Внутреннее сопротивление условно можно представить в виде резистора c сопротивлением r включенного последовательно с источником (рис. 1).


а	б

Рис. 1 – Графическое обозначение источника тока (а)

и его эквивалентная схема (б)

Однако, следует понимать, что внутреннее сопротивление не сосредоточено в каком-то одном элементе и является неотъемлемым конструктивным свойством источника тока как целого. Внутреннее сопротивление не может быть измерено непосредственно с помощью омметра и вычисляется по результатам косвенных измерений.

В большинстве случаев, внутреннее сопротивление можно считать постоянной, не зависящей от тока источника величиной.

Энергетическими характеристиками источника тока являются мощность и КПД:

где U – напряжение на источнике; I – ток источника.

Задание 1. Измерение ЭДС источника тока вольтметром

ЭДС равна разности потенциалов на выводах источника тока при разомкнутой внешней цепи. Идеальный вольтметр, имеющий бесконечное входное сопротивление, покажет точное значение ЭДС источника в пределах класса точности.

Любой реальный вольтметр потребляет от источника некоторую мощность, необходимую для работы измерительной цепи и имеет конечное значение входного сопротивления.

Рис. 2 – Измерение ЭДС вольтметром

Если к источнику тока подключить вольтметр (рис. 2), то в цепи потечет ток:

Этот ток создает на вольтметре падение напряжения:

Подставив первое уравнение во второе и проведя элементарные преобразования, получим

Показания вольтметра будут тем ближе к значению ЭДС, чем меньше отношение . Для измерений в пределах инженерной погрешности необходимо соблюдать условие . Влияние входного сопротивления вольтметра на результат измерения можно считать несущественным при .

Для измерений в данной лабораторной работе используется цифровой мультиметр, имеющий в режиме вольтметра входное сопротивление RV = 1 МОм.

megapredmet.ru

Лабораторная работа № 08. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Лабораторная работа № 8

Тема: «Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока».

Цель: научиться определять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.

Оборудование: 1. Амперметр лабораторный;

2. Источник электрической энергии;

3. Соединительные провода,

4. Набор сопротивлений 2 Ом и 4 Ом;

5. Переключатель однополюсный; ключ.

Теория.

Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами.

Силы неэлектрического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q внутри источника тока к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах [В].

Чтобы измерить ЭДС источника, надо присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи.

Источник тока является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это сопротивление называют внутренним сопротивлением источника и обозначают r.

Если цепь разомкнута, то работа сторонних сил превращается в потенциальную энергию источника тока. При замкнутой цепи эта потенциальная энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней цепи с сопротивлением R и во внутренней части цепи с сопротивлением r , т.е. ε = IR + Ir.

Если цепь состоит из внешней части сопротивлением R и внутренней сопротивлением r, то, согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника будет равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т.к. при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение , где IR – напряжение на внешнем участке цепи, а Ir - напряжение на внутреннем участке цепи.

Таким образом, для участка цепи, содержащего ЭДС:

Эта формула выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

ε и r можно определить опытным путем.

Часто источники электрической энергии соединяют между собой для питания цепи. Соединение источников в батарею может быть последовательным и параллельным.

При последовательном соединении два соседних источника соединяются разноименными полюсами.

Т.е., для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

1. ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников ε= ε1 + ε2 + ε3

2. Общее сопротивление батареи источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников rбатареи= r1 + r2 + r3

Если в батарею соединены n одинаковых источников, то ЭДС батареи ε= nε1, а сопротивление rбатареи= nr1

3. Сила тока в такой цепи по закону Ома

При параллельном соединении соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы двух или n источников.

Т.е., при параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Параллельно соединяют только источники с одинаковой ЭДС. Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

1. ЭДС батареи одинаковых источников равна ЭДС одного источника. ε= ε1= ε2 = ε3

2. Сопротивление батареи меньше, чем сопротивление одного источника rбатареи= r1/n 3. Сила тока в такой цепи по закону Ома

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы - параллельно или последовательно.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому т.к.при параллельном соединении емкость аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов, т.е увеличивается, то внутреннее сопротивление уменьшается.

Ход работы.

1. Начертите таблицу:

№

опыта

Источник электрической энергии ВУП, В

1-й отсчет

2-й отсчет

Э.Д.С.

ε , В

Внутреннее сопротивление,

r , Ом

R1,

Ом

Сила тока

I1 , А

R2,

Ом

Сила тока

I2 , А

Рисунок 1.

4. Замкнуть цепь, введя меньшее сопротивление R1. Записать величину силы тока I1. Разомкнуть цепь.

5. Замкнуть цепь, введя большее сопротивление R2. Записать величину силы тока I2. Разомкнуть цепь.

6. Вычислить значение ЭДС и внутреннего сопротивления источника электрической энергии.

Закон Ома для полной цепи для каждого случая: и

Отсюда получим формулы для вычисления ε и r:

7. Результаты всех измерений и вычислений запишите в таблицу.

8. Сделайте вывод.

9. Ответьте на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Раскройте физический смысл понятия «электродвижущая сила источника тока».

2. Определить сопротивление внешнего участка цепи, пользуясь результатами полученных измерений и законом Ома для полной цепи.

3. Объяснить, почему внутреннее сопротивление возрастает при последовательном соединении аккумуляторов и уменьшается при параллельном в сравнении с сопротивлением r0 одного аккумулятора.

4. В каком случае вольтметр, включенный на зажимы генератора, показывает ЭДС генератора и в каком случае напряжение на концах внешнего участка цепи? Можно ли это напряжение считать также и напряжением на концах внутреннего участка цепи?

Вариант выполнения измерений.

Опыт 1. Сопротивление R1=2 Ом, сила тока I1=1,3 А.

Сопротивление R2=4 Ом, сила тока I2=0,7 А.

infofiz.ru

Как определить величину эдс ее знак. ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Для того чтобы разобраться что такое электродвижущая сила источника электрической энергии, необходимо вспомнить, что представляет собой электрический ток и за счёт чего происходит его движение в электрической цепи.

Известно, электрический ток движется в цепи за счёт разницы потенциалов. Для того чтобы движение тока не прекращалось, нужно непрерывно обеспечивать эту разницу потенциалов между полюсами источника напряжения, к которому подключена цепь.

Подобное явление можно сравнить с трубкой, которая соединена с двумя резервуарами с водой. Если в этих резервуарах будет разный уровень воды, то она непременно начнёт перетекать через трубку из одного сосуда в другой и наоборот; так если разница в уровне воды между сосудами будет постоянной, то и движение воды не прекратиться.

Данный пример помогает понять, что происходит в электрической цепи. Электрическая энергия, действующая внутри источника, постоянно поддерживает электрический ток. Таким образом, обеспечивается непрерывная работа.

Понятие «Электродвижущая сила»

В данном случае, электродвижущая сила (ЭДС) – это сила, которая поддерживает разницу потенциалов на разных полюсах источника энергии, она вызывает и поддерживает движение тока, а также преодолевает внутренне сопротивление проводника и т. д.

Ток может протекать по проводнику столь же долго, сколь существует разница потенциалов. Свободные электроны приходят в постоянное движение между телами, которые соединены в электрическую цепь.

Электродвижущая сила – величина физическая, т. е., её можно измерить и использовать как одну из характеристик электрической цепи. В источниках постоянного, либо переменного тока ЭДС характеризует работу непотенциальных сил. Это работа сторонних или непотенциальных сил в замкнутом контуре, когда они перемещают одиночный электрический заряд вдоль всего контура.

Возникновение электродвижущей силы

Существует различные виды источников электрической энергии. Каждый из них можно охарактеризовать по-разному, у каждого вида свои принципиальные особенности. Эти особенности влияют на возникновение электродвижущей силы, причины данного явления весьма специфичны, т. е. зависят от вида источника.

В чём же главная суть различий? К примеру, если мы берём химические источники электрической энергии, такие как аккумуляторы, другие гальванические элементы, то электродвижущая сила становится результатом химической реакции. Если рассмотреть генераторы, то здесь причиной является электромагнитная индукция, а в различных термических элементах основой является тепловая энергия. От этого возникает электрический ток.

Измерение электродвижущей силы

Электродвижущая сила измеряется в вольтах, также как и напряжение. Эти величины связаны между собой. Однако ЭДС можно измерять на отдельном участке электрической цепи, тогда будут измеряться работы не всех сил, действующих на этом контуре, а только те, которые есть на отдельно взятом участке цепи.

Разность потенциалов, являющуюся причиной возникновения и прохождения тока по цепи, также можно назвать напряжением. Однако, если ЭДС – работа сторонних сил, которая совершается при перемещении единичного заряда, то она не может быть охарактеризована с помощью разницы потенциалов, т. е., напряжения, так как работа зависит от траектории движения заряда, эти силы непотенциальны. В этом различие таких понятий как напряжение и электродвижущая сила.

Данная особенность учитывается при измерении ЭДС и напряжения. В обоих случаях используют вольтметры. Для того чтобы измерить ЭДС нужно при разомкнутой внешней цепи подключить вольтметр к концам источника энергии. Если требуется измерить напряжение на выбранном участке электрической цепи, то вольтметр должен быть подключён параллельно к концам конкретного участка.

ЭДС и напряжение источника электрической энергии могут быть независимо от величины электрического тока в цепи; в разомкнутой цепи ток равен нулю. Однако если генератор или аккумулятор будут работать, то они возбуждают ЭДС, а значит, между концами возникает напряжение.

Элемент электрической цепи, предназначенный для получения электроэнергии, принято называть источником электрической энергии. В источнике происходит преобразование в электрическую энергию других: видов энергии.

На практике применяют следующие основные источники: электромеханические генераторы (электрические машины для преобразования механической энергии в электрическую), электрохимические источники (гальванические элементы, аккумуляторы), термоэлектрогенераторы (устройства прямого преобразования тепловой энергии в электрическую), фотоэлектрогенераторы (преобразователи лучистой энергии в электрическую).

Принципы преобразования тепловой, лучистой и химической энергии в электрическую изучаются в курсе физики.

Общим свойством всех источников являетсято, что в них происходит разделение положительногои отрицательного зарядов и образуется электродвижущая сила (ЭДС). Что такое ЭДС?

В простейшей электрической цепи на перемещение заряда q по контуру замкнутой цепи (рис. 2.8) затрачивается работа источника А и.

Источник затрачивает одинаковую работу на перемещение каждой единицы заряда. Поэтому с увеличением q прямо пропорционально растет А и, а их отношение A и /q, называемое электродвижущей силой , остается неизменным:

E = A и /q. (2.12)

ЭДС численно равна работе, которую совершает источник, проводя заряд 1 Кл по замкнутому контуру цепи (1).

Единица ЭДС, как и напряжения,- вольт (В).

Благодаря ЭДС в электрической цепи поддерживается определенное значение тока.

Так как ЭДС не зависит от q, а ток I = q/t , то ЭДС источника не зависит от тока (2).

При изменении тока изменяется мощность источника Р и. Используя выражения P и =A и /t , A и = qE и q = It,

получаем формулу для расчета мощности источника:

Р и = EI. (2.13)

Таким образом, при изменении сопротивления приемника изменяется ток цепи, мощность источника и мощность приемника. При этом соблюдается положение (5) и непрерывно действует посто

instrumennts.ru

Эдс и напряжение одно и тоже? Если нет то можно простое объяснение что они представляют?)))

Электродвижущая сила и напряжение Для поддержания электрического тока в проводнике необходим какой-то внешний источник энергии, который все время поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника. Такими источниками энергии служат так называемые источники электрического тока, обладающие определенной электродвижущей силой, которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов на концах проводника. Электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) обозначается буквой Е. Единицей измерения ЭДС служит вольт. У нас в стране вольт сокращенно обозначается буквой "В", а в международном обозначении — буквой "V". Итак, чтобы получить непрерывное течение электрического тока, нужна электродвижущая сила, т. е. нужен источник электрического тока. Первым таким источником тока был так называемый "вольтов столб", который состоял из ряда медных и цинковых кружков, проложенных кожей, смоченной в подкисленной воде. Таким образом, одним из способов получения электродвижущей силы является химическое взаимодействие некоторых веществ, в результате чего химическая энергия превращается в энергию электрическую. Источники тока, в которых таким путем создается электродвижущая сила, называются химическими источниками тока. В настоящее время химические источники тока — гальванические элементы и аккумуляторы — широко применяются в электротехнике и электроэнергетике. Другим основным источником тока, получившим широкое распространение во всех областях электротехники и электроэнергетики, являются генераторы. Источники тока служат для питания электрическим током различных приборов — потребителей тока. Потребители тока при помощи проводников соединяются с полюсами источника тока, образуя замкнутую электрическую цепь. Разность потенциалов, которая устанавливается между полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи, называется напряжением и обозначается буквой U. Единицей измерения напряжения, так же как и ЭДС, служит вольт. Если, например, надо записать, что напряжение источника тока равно 12 вольтам, то пишут: U — 12 В. Для измерения ЭДС или напряжения применяется прибор, называемый вольтметром. Чтобы измерить ЭДС или напряжение источника тока, надо вольтметр подключить непосредственно к его полюсам. При этом, если электрическая цепь разомкнута, то вольтметр покажет ЭДС источника тока. Если же замкнуть цепь (c нагрузкой-лампочкой, например) , то вольтметр уже покажет не ЭДС, а напряжение на зажимах источника тока. ЭДС, развиваемая источником тока, всегда больше напряжения на его зажимах.

эдс - это как бы напряжение на самом источнике тока, а просто напряжение- это уже вся цепь, со всеми резисторами. Оно не обязательно равно ЭДС.

Попросту говоря, ЭДС - разновидность напряжения, отличающаяся происхождением - напряжение, создаваемое неэлектрическими силами. Например, напряжение аккумулятора или напряжение за счет изменения магнитного поля.

до того как ты подключился к источнику, например генератору на его клемах был эдс. после того как ты подсоединил к нему электроцепь например автомобиля то в цепи уже буде напряжение! вольтаж эдс обычно выше чем напряжения, так как последнему нужно преодолеть сопротивления. Учебник физики кажется 6ой класс.

все не так, как кажется

<a rel="nofollow" href="http://abitur.by/fizika/teoreticheskie-osnovy-fiziki/postoyannyj-elektricheskij-tok/svyaz-eds-i-napryazheniya/" target="_blank">http://abitur.by/fizika/teoreticheskie-osnovy-fiziki/postoyannyj-elektricheskij-tok/svyaz-eds-i-napryazheniya/</a>

touch.otvet.mail.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ТОКА — МегаЛекции

Цель работы: определить ЭДС источника постоянного тока методом компенсации, определить полезную мощность и КПД в зависимости от сопротивления нагрузки.

Оборудование: исследуемый источник тока, источник стабилизированного напряжения, магазин сопротивления Р32, миллиамперметр М45, гальванометр М122.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Источники тока – это устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии (механической, химической, тепловой) в электрическую энергию. В источниках тока происходит разделение электрических зарядов разного знака. Поэтому если полюса источника замкнуть на проводник, то по проводнику потечет электрический ток, вызванный движением зарядов под действием электростатического поля. За направление тока принято направление движения положительных зарядов. Ток потечет от положительного полюса источника через проводник к отрицательному полюсу. Но через источник тока заряды движутся наоборот, против сил электростатического поля. Это может происходить только под действием сил не электростатической природы, так называемых сторонних сил. Например, магнитной силы Лоренца в генераторах электростанций, сил диффузии в химических источниках тока.

Характеристикой источника тока является электродвижущая сила – ЭДС. Она равна отношению работы сторонних сил к величине заряда, перенесенного через источник:

. (1)

Рассмотрим электрическую цепь из источника тока с внутренним сопротивлением r, замкнутого на нагрузку сопротивлением R. Работа сторонних сил по закону сохранения энергии при неподвижных проводниках превращается в теплоту, выделяемую на нагрузке и внутреннем сопротивлении источника. Согласно закону Джоуля – Ленца теплота, выделяемая в проводнике, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление и время протекания тока. Тогда . После сокращения на Jt получим, что сила тока в цепи равна отношению ЭДС к полному сопротивлению электрической цепи:

. (2)

Это закон Ома для полной цепи.

Измерение мощности

Измерение ЭДС

Милли- амперметр

ЭДС можно измерить различными методами. Если, в простейшем случае, вольтметр c сопротивлением R подсоединить к полюсам источника с внутренним сопротивлением r, то, по закону Ома, показания вольтметра будут . Это меньше, чем ЭДС. Погрешность измерения тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра: .

В компенсационном методе измерения ЭДС ток через источник не течет (рис. 1). Если с помощью регулятора блока питания БП подобрать напряжения на магазине сопротивлений R точно равным ЭДС источника, то ток через источник и через гальванометр Г не потечет. Тогда ЭДС источника будет равна падению напряжения на магазине сопротивлений:

. (3)

Полезная мощность источника тока при неподвижных проводниках – это тепловая мощность, выделяемая на нагрузке. По закону Джоуля – Ленца Р = J 2R. Подставив силу тока, согласно закону Ома (2), получим формулу зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки:

. (4)

В режиме короткого замыкания при отсутствии нагрузки, R = 0, вся теплота выделяется на внутреннем сопротивлении и полезная мощность равна нулю (рис. 2). С увеличением сопротивления нагрузки, пока R<<r, полезная мощность возрастает почти прямо пропорционально сопротивлению R. С дальнейшим возрастанием сопротивления нагрузки наступает ограничение силы тока, и мощность, достигнув максимума, начинает спадать. При больших значениях сопротивления нагрузки (R>>r), мощность уменьшается обратно пропорционально сопротивлению, стремясь к нулю при разрыве цепи.

Максимум мощности соответствует условию равенства нулю первой производной от тепловой мощности по сопротивлению. Продифференцировав (4), получим . Отсюда следует, что полезная мощность максимальна, если R = r. Подставив в (4), получим .

Работа источника тока характеризуется коэффициентом полезного действия. Это, по определению, отношение полезной работы к полной работе источника тока: . После сокращения формула КПД примет вид

.(5)

В режиме короткого замыкания при R = 0, КПД равен нулю, так как равна нулю полезная мощность (рис. 3). В режиме максимальной мощности КПД источника тока равен 50%. С ростом сопротивления нагрузки КПД растет и стремится к 100% при больших значениях сопротивлениях(R>>r).

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Измерение ЭДС. Установить переключатель режима работы в положение «ЭДС». Установить на магазине сопротивление 500 Ом, предел измерения миллиамперметра 3 мА. На короткое время нажать на кнопку К и заметить, как отклоняется стрелка гальванометра при протекании тока от исследуемого источника.

Включить блок питания в сеть 220 В.

2. Нажать на кнопку К включения тока через гальванометр. Если стрелка гальванометра отклоняется так же, как при включении только источника тока, то увеличивайте силу компенсирующего тока от блока питания, контролируя его по миллиамперметру. Если стрелка отклоняется в обратном направлении, то уменьшайте силу тока, пока не добьетесь компенсации напряжений.

Повторить измерения не менее пяти раз, изменяя сопротивление в пределах 500 – 3000 Ом. Результаты записать в табл. 1

Таблица 1

Сопротивление R, Ом
Сила тока J, мА
ЭДС Е, В						< Е>, В

3. Измерение мощности.

Установить и удерживать пружинный переключатель режима измерений в положение «Мощность». Выключить сопротивление магазина, R=0. Измерить при коротком замыкании силу тока по миллиамперметру. Цена деления миллиамперметра . Результат записать в табл. 2.

Повторить измерения, изменяя сопротивление с интервалом 100 Ом в диапазоне 0 – 1000 Ом. Результаты записать в табл. 2.

Выключить приборы.

4. Произвести расчеты.

Рассчитать ЭДС исследуемого источника по формуле Е = JR в каждом опыте. Определить среднее значение ЭДС <Е>.

Сопротивление магазина R, Ом
Сила тока J, мА
Полезная мощность Рпол, мВт
Полная мощность Рзатр, мВт
КПД

Таблица 2

5. Оценить случайную погрешность измерения ЭДС по формуле прямых погрешностей

, (6)

где n – число измерений.

6. Рассчитать полезную Рпол =J 2R и полную Рзатр = <Е>J мощности источника тока.

Рассчитать КПД источника по формуле h = Рпол/Рзатр .

7. Построить графики зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки. Построить график КПД от сопротивления нагрузки. Размер графиков не менее половины страницы. На осях координат указать равномерный масштаб. Около точек провести плавные кривые линии так, чтобы отклонения точек от линий были минимальны.

8. Записать результат Е =<E> ±d E, Р = 90%.

Сделать выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните роль источника тока в электрической цепи. Дайте определение электродвижущей силы источника тока (ЭДС).

2. Выведите, используя закон сохранения энергии, и сформулируйте закон Ома для полной цепи.

3. Объясните суть компенсационного метода измерения ЭДС. Можно ли измерить ЭДС источника тока вольтметром?

4. Выведите формулу для полезной мощности источника тока. Изобразите график зависимости полезной мощности от величины сопротивления нагрузки, объясните эту зависимость.

5. Выведите условие максимальной мощности источника тока.

6. Выведите формулу КПД источника тока. Изобразите график зависимости КПД от сопротивления нагрузки источника тока. Объясните эту зависимость.

Работа 22

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Измерение ЭДС компенсационным способом — Мегаобучалка

Для измерения ЭДС с высокой точностью используется компенсационный метод. Схема измерения ЭДС компенсационным методом представлена на рисунке.

Сущность метода заключается в том, что ЭДС изучаемого гальванического элемента сравнивается с источником напряжения АК, которое подводится к реохорду АВ, эта часть схемы называется большой цепью. На реохордной проволоке располагается подвижный контакт К, который движется по проволоке.

В малую боковую цепь включается исследуемый элемент Ех соединенный с гальванометром G, передвигая контакт К по реохорде находят такое положение, когда гальванометр показывает 0. Это соответствует уравнению:

(10)

является нестабильной величиной, так как со временем аккумулятор разряжается. Чтобы устранить зависимость от , в малую цепь параллельно изучаемому элементу включается нормальный элемент Вестона с точно известной величиной потенциала.

Кроме того схема дополнительно снабжена ключом KU, который поочередно замыкается на исследуемый элемент и элемент Вестона.

Переключив ключ на нормальный элемент Вестона и снова, передвигая по реохордной проволоке ключ К, находят его новое положение, соответствующее отсутствию тока в малой цепи. Для этого случая можно записать равенство:

(11)

Поделив уравнения (10) на (11), получаем:

(12)

ЭДС элемента Вестона постоянна и равна 1,018 В. Для вычисления неизвестной ЭДС – (ЕХ) достаточно знать соотношение отрезков АК / АК'.

Суть компенсации заключается в следующем:

- аккумуляторы и элементы малой боковой цепи подключаются таким образом, чтобы через участок АК ток проходил в противоположном направлении, передвигая контакт К мы компенсируем напряжение идущее от аккумулятора.

Преимуществом компенсационного способа измерения ЭДС является высокая точность и отсутствие ошибок, связанных с сопротивлением элемента или его поляризацией.

Элемент Вестона

Он представляет собой две стеклянные пробирки, соединенные между собой.

В одно колено помещается металлическая ртуть, затем сверху меркурсульфатная паста, которая готовится аналогично каломельной пасте. Во второе колено помещается амальгама кадмия содержащая 10–13% кадмия, сверху насыпаются кристаллы сульфата кадмия содержащие кристаллизационную воду.

Сосуд заполнен насыщенным раствором сульфата кадмия CdSO4. В нижнюю часть пробирок впаяны платиновые проволочки для контакта.

Элемент Вестона записывается следующим образом:

(–)Cd | CdSO4 || SO42-, Hg2SO4 | Hg (+)

В нем протекают реакции:

Cd0-2e ® Cd2+

Hg2SO4+2e ® 2Hg0+ SO42-,

Суммарная реакция:

Hg2SO4 + Cd0 ®2Hg0 + CdSO4

Элемент Вестона относится к нормальным элементам. Нормальными называются элементы, которые имеют постоянную не изменяющуюся во времени и практически независимую от температуры ЭДС.

Основным прибором, применяемым в потенциометрическом методе анализа, является потенциометр, схема которого представлена на рис. 5. В нем смонтирована вышеуказанная схема с выводом контактов для подключения испытуемого гальванического элемента, гальванометр G, нормальный элемент Вестона, аккумулятор, вместо реохордной проволоки в прибор вмонтирован магазин сопротивлений (11 штук). Первые 10 сопротивлений соединены при помощи одиннадцати контактов, образуя коммутатор потенциометра. Одиннадцатое сопротивление представляет собой проволоку одинакового сечения, намотанную на барабан, с подвижным контактом реохорда. Перед началом измерения гальванометр устанавливают на нуль, включив в малую цепь потенциометра элемент Вестона с помощью сопротивления R. Затем цепь переключают на исследуемый элемент и, регулируя R1 – R10 и, напоследок, R11 (самая точная настройка), вновь выводят стрелку гальванометра на нуль. Величину ЭДС считывают с показаний шкал коммутатора и реохорда.

Кроме потенциометров, в химических лабораториях используются ламповые вольтметры – рН - метры, например, рН - 340 – это самый распространенный в настоящее время прибор. рН - метры по сравнению с потенциометрами дают менее точные результаты. Примечательно, что эти приборы имеют огромное входное сопротивление порядка 1012 Ом.

Элемент Якоби-Даниэля

Если два электролита ZnSO4 и CuSO4 поместить в электролитическую ячейку разделенную полунепроницаемой перегородкой, опустить в растворы соответствующие электроды друг с другом, то включенный гальванометр покажет наличие электрического тока.

(–)Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+)

Zn0 - 2e ® Zn2+

Сu2+ + 2е ® Cu0

Zn0 + Cu2+ ® Zn2+ + Cu0

Zn + CuSО4 ® Сu + ZnSО4.

Электродвижущей силой (ЭДС) гальванического элемента называется измеренная разность потенциалов между двумя электродами.

megaobuchalka.ru

Задание 4. Измерение ЭДС источника методом компенсации

Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Метод компенсации является одним из основных методов точных лабораторных измерений. Сущность метода заключается в том, что измеряемая ЭДС Ex уравновешивается (компенсируется) падением напряжения, которое создается на известном сопротивлении током I0 от вспомогательного источника E0(рис. 9).

Рис. 9 Принцип компенсационного метода измерения ЭДС

Для реализации метода необходимо, чтобы ЭДС вспомогательного источника была больше измеряемой ЭДС:

Необходимое уравновешивающее напряжение создается на специальном сопротивлении. В качестве такого сопротивления может быть использован делитель напряжения с регулируемыми сопротивлениями плеч или реохорд.

Понять принцип компенсационного метода проще на примере реохорда. Реохорд – это реостат из калиброванной проволоки, натянутой или намотанной на барабан, по которой может перемещаться подвижный контакт (ползунок).

Если передвигать ползунок вдоль реохорда сверху вниз, то напряжение Uсб будет изменяться от Е0 (в точке а) до 0 (в точке б). В некотором положении ползунка (точка с) напряжение Uсб станет равным Ex. Условие называют условием компенсации или условием равновесия. В этом случае ток через гальванометр Г не протекает (IГ = 0) и его стрелка находится на нуле.

Для источника с другим значением ЭДС на реохорде также может быть найдена точка, в которой стрелка гальванометра установится на ноль.

Если вдоль реохорда расположить шкалу, проградуированную в единицах напряжения, то по положению движка можно судить о величине измеряемой ЭДС.

Важнейшим свойством такого метода измерения является то, что гальванометр используется не для измерения тока источника Ех, а для определения его нулевого значения. По сути, компенсационная схема измерения является идеальным вольтметром, так как она не потребляет энергию от источника, ЭДС которого измеряется.

Для градуировки шкалы и проведения измерений необходим специальный источник, который называют эталонным. Значение ЭДС такого источника должна быть известна с высокой точностью и не подвергаться влиянию внешних факторов.

Рассмотрим работу схемы на рис. 9 в случае, когда в измерительную цепь включен эталонный источник Еэт. Примем, что вспомогательный источник E0 имеет пренебрежимо малое внутреннее сопротивление. В общем случае, схему можно описать системой уравнений, составленных по правилам Кирхгофа:

где: RГ – сопротивление гальванометра; Rэт – внутреннее сопротивление эталонного источника; I0 – ток вспомогательного источника; Rас, Rсб – сопротивления участков ас и сб реохорда.

В режиме равновесия, когда соблюдается условие компенсации, ток гальванометра IГ = 0. При этом I0= Iсб, а Rас+Rсбравно полному сопротивлению реохорда R.

Тогда для Еэт может быть получено выражение:

(4)

Для ЭДС, имеющей значение Ех , уравнение примет вид:

(5)

Решая (4) и (5) совместно, получим:

(6)

Таким образом, измерение Ех сводится к измерению сопротивлений участков реохорда, на которых происходит компенсация соответствующих значений ЭДС. Для реохорда из однородной проволоки:

где ρ – удельное сопротивление материала проволоки; S – сечение проволоки; – длина участка с сопротивлением ; – длина участка с сопротивлением .

В итоге, выражение (6) примет вид

(7)

На результат измерений не влияет значение Е0, сопротивление реохорда R и внутреннее сопротивление источника Ех.

Однако, отношение E0/R, то есть ток через реохорд I0, должен быть строго одинаков при измерении Еэт и Ех. Это предъявляет высокие требования к стабильности напряжения вспомогательного источника и качеству реохорда.

Схема с реохордом удобна для понимания и расчета. На практике она используется в автоматических потенциометрах, где скользящий контакт перемещается с помощью специального электропривода. Сам реохорд изготавливают из износостойкой проволоки с высоким удельным сопротивлением.

В данной лабораторной работе используется два варианта компенсационной схемы с ручным уравновешиванием (рис. 10).


а	б
Рис. 10 Варианты компенсационных измерительных схем

Вариант 1. Для создания компенсирующего напряжения используется делитель, в плечи которого включены прецизионные декадные магазины сопротивлений Р33 (рис. 10, а). Один из магазинов размещен на стенде, другой – переносной. При уравновешивании схемы сопротивления магазинов нужно изменять одновременно, строго соблюдая условие:

В этом случае , и значение измеряемой ЭДС определяется выражением, аналогичным выражению (6):

(8)

где – сопротивление магазина при подключении Eэт., – сопротивление магазина при подключении Ex.

Вариант 2. Для создания компенсирующего напряжения используется делитель, в верхнее плечо которого включают постоянное сопротивление Rэт (рис. 6, б), а в нижнее – декадный магазин сопротивлений Р33. При таком способе измерения ток источника не является стабильным.

Расчетное выражение для измеряемой ЭДС имеет вид:

(9)

где – сопротивление магазина при подключении Eэт., – сопротивление магазина при подключении Ex.

megapredmet.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30

Задание 4. Измерение ЭДС источника методом компенсации. Эдс как измерить

Задание 1. Измерение ЭДС источника тока вольтметром

Лабораторная работа № 08. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Как определить величину эдс ее знак. ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Эдс и напряжение одно и тоже? Если нет то можно простое объяснение что они представляют?)))

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ТОКА — МегаЛекции

Измерение ЭДС компенсационным способом — Мегаобучалка

Задание 4. Измерение ЭДС источника методом компенсации

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Столичный Водоканал готовится к зиме

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Актуальные темы

Формирование энергосберегающего поведения граждан

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

Рубрикатор

Пользователю

Доп.информация