ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №9
ДОСЛІДЖЕННЯ КОРИСНОЇ ПОТУЖНОСТІ Й КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ
Прилади й матеріали:
Досліджувана батарея акумуляторів.
Штепсельний реостат.
Реостат на 30-50 Ом.
Амперметр.
Вольтметр.
Ключі.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Основними експлуатаційними характеристиками джерела струму є електрорушійна сила E, внутрішній опір ri, максимально допустимий струм Im та максимальна потужність Pm, яку може розвивати дане джерело. У процесі експлуатації, як правило, нас цікавить потужність P=IE і коефіцієнт корисної дії джерела, де Pк – корисна потужність, яку споживають приймачі електричної енергії. Потужність і К.К.Д. істотно залежать від навантаження джерела, тобто від струму, що протікає в колі. Тому постає питання про вигідні умови експлуатації джерела, зокрема про максимальну віддачу потужності для приймачів, про забезпечення вищого К.К.Д. Корисна потужність:

З формули бачимо, що корисна потужність є складною функцією сили струму. Графік цієї функції – відрізок параболи (для Pк>0). Дослідивши функцію Pк(I) на екстремум, знаходимо:

Отже, джерело віддаватиме максимальну потужність тоді, коли опір приймачів дорівнюватиме внутрішньому опору джерела. Цей важливий висновок завжди враховують при розрахунку електричних мереж.
К.К.Д. джерела:

є спадною лінійною функцією струму і при I=Im (при максимальній потужності) ?=0,5.
На практиці часто виникає потреба постачати енергію для споживачів при напрузі, яка повинна мати цілком певне значення U0. Тому, враховуючи втрати напруги на лінії і в самому джерелі, слід відповідним чином розраховувати опір лінії.
В лабораторній роботі послідовно з джерелом струму підключено додатковий реостат з опором r, який моделює опір передаючої лінії, захищає джерело струму від перевантаження та сприяє максимальній віддачі потужності навантаженню при помірному струмі.
E
Pm
P(I)
?(I)


ХІД РОБОТИ
Змінюючи опір R реостата навантаження від 0 до максимуму, виміряти 20-25 значень струму від максимального до мінімального та відповідні значення напруги на ньому. Результати записати в таблицю.
Перевести всі ключі у вимкнутий стан.
Обчислити корисну потужність для кожного виміру й результати записати в таблицю.
Побудувати графік залежності корисної потужності від сили струму.
За одержаним графіком визначити максимальне значення корисної потужності Pкm та відповідний струм Im.
Обчислити ЕРС джерела струму за формулою:

Вимірявши тестером ЕРС джерела, порівняти її з обчисленою за попередньою формулою.
Обчислити К.К.Д. джерела для всіх попередніх вимірів за формулою:

і занести результати в таблицю.
Побудувати графік функції ?(I).
I, А

























U, В

























Pк,Вт

























?


























КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Показати на схемі реостат, який моделює опір лінії, і реостат навантаження.
Робота й потужність електричного струму, одиниці вимірювання.
Закон Ома для однорідної й неоднорідної ділянки кола, для повного кола.
Для чого в схему ввімкнено додатковий опір r?
Що таке повна й корисна потужність?
Що таке К.К.Д. джерела?
Що вимірюють у даній схемі амперметр і вольтметр?
Яким повинен бути опір навантаження, щоб корисна потужність була максимальною?
Яким повинен бути опір навантаження, щоб сила струму була максимальною?
Який вигляд повинна мати залежність Pк(I)? Пояснити.
Який вигляд повинна мати залежність ?(I)? Пояснити.
Чи можливо експериментально одержати повністю залежність Pк(I)? Чому?
Як, користуючись результатами вимірювання, визначити напругу, яка падає на джерелі струму? Яка формула для цієї напруги?
Який вигляд має залежність повної потужності P від сили струму?
Чому рівний К.К.Д. при максимальному струмі через навантаження? при I>0? при I=Im?
Які можуть бути причини неспівпадіння обчисленої ЕРС джерела і виміряної?
Вивести формули для максимального значення корисної потужності Pкm та відповідного струму Im.
Як зміняться графіки залежностей Pк(I) та ?(I) при зміні величини додаткового опору r?