Домой Калькуляторы Измерение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.

Калькуляторы

Измерение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет.

В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для или аккумулятора внутреннее сопротивление - это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора - сопротивление обмоток статора и т. д.

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной ЭДС, так и величиной собственного внутреннего сопротивления r – обе эти характеристики свидетельствуют о качестве источника.

Электростатические высоковольтные генераторы (как генератор Ван де Граафа или генератор Уимшурста), к примеру, отличаются огромной ЭДС измеряемой миллионами вольт, при этом их внутреннее сопротивление измеряется сотнями мегаом, потому они и непригодны для получения больших токов.

Гальванические элементы (такие как батарейка) - напротив - имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя внутреннее сопротивление у них порядка долей или максимум - десятка Ом, и от гальванических элементов поэтому можно получать токи в единицы и десятки ампер.

На данной схеме показан реальный источник с присоединенной нагрузкой. Здесь обозначены , его внутреннее сопротивление, а также сопротивление нагрузки. Согласно , ток в данной цепи будет равен:

Поскольку участок внешней цепи однороден, то из закона Ома можно найти напряжение на нагрузке:

Выразив из первого уравнения сопротивление нагрузки, и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения на нагрузке от тока в замкнутой цепи:

В замкнутом контуре ЭДС равна сумме падений напряжений на элементах внешней цепи и на внутреннем сопротивлении самого источника. Зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки в идеальном случае линейна.

График это показывает, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики возле графика) всегда отличаются от идеала:

Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении на нагрузке ток в цепи равен . Это свойство реальных цепей помогает экспериментально находить ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Экспериментальное нахождение внутреннего сопротивления

Чтобы экспериментально определить данные характеристики, строят график зависимости напряжения на нагрузке от величины тока, затем экстраполируют его до пересечения с осями.

В точке пересечения графика с остью напряжения находится значение ЭДС источника, а в точке пересечения с осью тока находится величина тока короткого замыкания. В итоге внутреннее сопротивление находится по формуле:

Развиваемая источником полезная мощность выделяется на нагрузке. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки приведен на рисунке. Эта кривая начинается от пересечения осей координат в нулевой точке, затем возрастает до максимального значения мощности, после чего спадает до нуля при сопротивлении нагрузки равном бесконечности.

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически разовьется максимальная мощность при данном источнике, берется производная от формулы мощности по R и приравнивается к нулю. Максимальная мощность разовьется при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Это положение о максимальной мощности при R = r, позволяет экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от величины сопротивления нагрузки. Найдя реальное, а не теоретическое, сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную мощность, определяют реальное внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока показывает отношение максимальной выделяемой на нагрузке мощности к полной мощности, которую в данный момент развивает

Мы пришли к выводу, что для поддержания постоянного тока в замкнутой цепи, в нее необходимо включить источник тока. Подчеркнем, что задача источника заключается не в том, чтобы поставлять заряды в электрическую цепь (в проводниках этих зарядов достаточно), а в том, чтобы заставлять их двигаться, совершать работу по перемещению зарядов против сил электрического поля. Основной характеристики источника является электродвижущая сила 1 (ЭДС) − работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда

Поэтому большинству людей нужны ассоциации или критическая масса в планетарном поле, чтобы получать сигналы энергии и воспоминания о сознании и иметь возможность правильно воспринимать сигналы. Трехмерная система управления не учитывает симптомы вознесения, опыт, связанный с сознанием, или многие радикальные изменения, которые происходят у людей с этой Земли. Заземление - это форма заземления на Земле и относится к прямому контакту тела с элементами Земли. Это может быть полезно для многих людей, которые испытывают недостаток заземления и плотского дискомфорта во время планетарных изменений.

Единицей измерения ЭДС в системе единиц СИ является Вольт. ЭДС источника равна 1 вольт, если он совершает работу 1 Джоуль при перемещении заряда 1 Кулон

Для обозначения источников тока на электрических схемах используется специальное обозначение (рис. 397).

рис. 397
Электростатическое поле совершает положительную работу по перемещению положительного заряда в направлении уменьшения потенциала поля. Источник тока проводит разделение электрических зарядов − на одном полюсе накапливаются положительные заряды, на другом отрицательный. Напряженность электрического поля в источнике направлена от положительного полюса к отрицательному, поэтому работа электрического поля по перемещению положительного заряда будет положительной при его движения от «плюса» к «минусу». Работа сторонних сил, наоборот, положительна в том случае, если положительные заряды перемещаются от отрицательного полюса к положительному, то есть от «минуса» к «плюсу».
В этом принципиальное отличие понятий разности потенциалов и ЭДС, о котором всегда необходимо помнить.
Таким образом, электродвижущую силу источника можно считать алгебраической величиной, знак которой («плюс» или «минус») зависит от направления тока. В схеме, показанной на рис. 398,

рис. 398
вне источника (во внешней цепи) ток течет 2 от «плюса» источника к «минусу», в внутри источника от «минуса» к «плюсу». В этом случае, как сторонние силы источника, так и электростатические силы во внешней цепи совершают положительную работу.
Если на некотором участке электрической цепи помимо электростатических действуют и сторонние силы, то над перемещением зарядов «работают» как электростатические, так и сторонние силы. Суммарная работа электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда называется электрическим напряжением на участке цепи

В том случае, когда сторонние силы отсутствуют, электрическое напряжение совпадает с разностью потенциалов электрического поля.
Поясним определение напряжения и знака ЭДС на простом примере. Пусть на участке цепи, по которому протекает электрический ток, имеются источник сторонних сил и резистор (рис. 399).

рис. 399
Для определенности будем считать, что φ o > φ 1 , то есть электрический ток направлен от точки 0 к точке 1 . При подключении источника, как показано на рис. 399 а, Сторонние силы источника совершают положительную работу, поэтому соотношение (2) в этом случае может быть записано в виде

При обратном включении источника (рис. 399 б) внутри него заряды движутся против сторонних сил, поэтому работа последних отрицательна. Фактически силы внешнего электрического поля преодолевают сторонние силы. Следовательно, в этом случае рассматриваемое соотношение (2) имеет вид

Для протекания электрического тока по участку цепи, обладающему электрическим сопротивлением, необходимо совершать работу, по преодолению сил сопротивления. Для единичного положительного заряда эта работа, согласно закону Ома, равна произведению IR = U которое, естественно совпадает с напряжением на данном участке.
Заряженные частицы (как электроны, так и ионы) внутри источника движутся в некоторой , поэтому со стороны среду на них также действуют тормозящие силы, которые также необходимо преодолевать. Заряженные частицы преодолевают силы сопротивления благодаря действию сторонних сил (если ток в источнике направлен от «плюса» к «минусу») либо благодаря электростатическим силам (если ток направлен от «минуса» к «плюсу»). Очевидно, что работа по преодолению этих сил не зависит от направления движения, так как силы сопротивления всегда направлены в сторону, противоположную скорости движения частиц. Так как силы сопротивления пропорциональны средней скорости движения частиц, то работа по их преодолению пропорциональна скорости движения, следовательно, силе тока силе. Таким образом, мы можем ввести еще характеристику источника − его внутренне сопротивление r , аналогично обычному электрическому сопротивлению. Работа по преодолению сил сопротивления при перемещении единичного положительного заряда между полюсами источника равна A/q = Ir . Еще раз подчеркнем, эта работа не зависит от направления тока в источнике.

Если у вас нет доступа к природе, и вы хотите создать электрическую схему с полем Земли, вы также можете использовать праймер, который связан с человеческим телом. Электрический потенциал цепи заземления зависит от местоположения, атмосферных условий, времени суток и ночи, а также от влаги, которая расположена на поверхности Земли. Интуитивные эмпаты и звездные саженцы, которые хотят восстановить энергетическую настройку с телом планеты, должны обратить внимание на их естественные чувства, потому что они должны знать, должны ли они быть заземлены или нет.

1 Название этой физической величины неудачно − так электродвижущая сила является работой, а не силой в обычном механическом понимании. Но этот термин настолько устоялся, что изменять его не «в наших силах». К слову, сила тока то же не является механической силой! Не говоря уж о таких понятиях «сила духа», «сила воли», «божественная сила» и т.д.
2 Напомним, за направление движения электрического тока принято направление движения положительных зарядов.

В некоторых случаях из-за неорганических или внешних течений в определенных областях эта практика может оказаться нецелесообразной. Для большинства людей, которые посеяны Землей, на фазе духовной интеграции обоснование будет положительно ощущаться и будет очень полезно для тела, потому что оно будет действовать как нейромодулятор. Нейромодуляция - это процесс, в котором активность нервной системы регулируется путем регулирования физиологических уровней посредством стимуляции нейротрансмиттеров. Таким образом, заземление изменяет плотность отрицательного заряда в области энергии человека и его нервной системы и непосредственно влияет на физиологические процессы, такие как химия мозга.

Лабораторная работа

«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»

Дисциплина Физика

Преподаватель Виноградов А.Б.

Нижний Новгород

Цель работы: сформировать умение определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.

Земля посылает электромагнитные сигналы для поддержки человеческих тел при адаптации к ее вознесению, и этот сигнал позволяет человеческой нервной системе лучше адаптироваться к требованиям, предъявляемым к телу и мозгу во время интенсивных изменений сознания. Когда мы хотим восстановить электрический баланс активности мозга, может быть особенно полезно окружить природу, сосредоточиться на глубоком дыхании и соединиться с Землей или с элементом воды.

Почки - это органы, которые питают энергию. В настоящее время население людей переживает эпидемию заболеваний почек, вызванных неспособностью органов быстро адаптироваться к новым обстоятельствам, плохого признания событий, изменяющих жизнь, сердечных заболеваний, перегрузки токсичными химическими веществами и негативных эмоций. Целью почек является удаление вредных метаболических продуктов, выделяемых мочевым пузырем, и поддержание надлежащей химии крови и давления, поскольку они контролируют все химические вещества, растворенные в кровотоке.

Оборудование: выпрямитель ВУ-4М, амперметр, вольтметр, соединительные провода, элементы планшета №1: ключ, резистор R 1 .

Теоретическое содержание работы .

Внутреннее сопротивление источника тока.

При прохождении тока по замкнутой цепи, электрически заряженные частицы перемещаются не только внутри проводников, соединяющих полюса источника тока, но и внутри самого источника тока. Поэтому в замкнутой электрической цепи различают внешний и внутренний участки цепи. Внешний участок цепи составляет вся та совокупность проводников, которая подсоединяется к полюсам источника тока. Внутренний участок цепи - это сам источник тока. Источник тока, как и любой другой проводник, обладает сопротивлением. Таким образом, в электрической цепи, состоящей из источника тока и проводников с электрическим сопротивлением R , электрический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Например, при подключении лампы накаливания к гальванической батарее карманного фонаря электрическим током нагреваются не только спираль лампы и подводящие провода, но и сама батарея. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. В электромагнитном генераторе внутренним сопротивлением является электрическое сопротивление провода обмотки генератора. На внутреннем участке электрической цепи выделяется количество теплоты, равное

Когда почки ослаблены и перегружены, в крови и тканях накапливаются токсичные отходы, а также химические вещества, которые невозможно фильтровать надлежащим образом. Почечная недостаточность увеличивается в Соединенных Штатах на 5% в год, при этом в качестве терапии используют почечный диализ или трансплантацию. Десять процентов населения имеют некоторую форму диабета и неврологического дискомфорта, и это число, по-видимому, неуклонно растет - у взрослых и у детей. Что случилось с нашими почками?

Восточная медицинская философия знает, что почки питают другие органы тела. Они действуют как корни жизни, которые отвечают за защиту организма и распределение энергии во всех органах, репродуктивных функциях и всего организма. Почки - это органы взаимоотношений, поэтому они страдают от проблем с межличностными и сексуальными отношениями, которые могут возникнуть в результате отсутствия поддержки у других или чувства нелюбимой или даже из-за отсутствия физической чувствительности. Эмоции циркулируют в личной энергетической области, и когда она будет выпущена, у вас может возникнуть ощущение течения, благодаря которому вы ощущаете эмоции.

где r - внутреннее сопротивление источника тока.

Полное количество теплоты, выделяющееся при протекании постоянного тока в замкнутой цепи, внешний и внутренний участки которой имеют сопротивления, соответственно равные R и r , равно

Всякую замкнутую цепь можно представить как два последовательно соединенных резистора с эквивалентными сопротивлениями R и r . Поэтому сопротивление полной цепи равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:

. Поскольку при последовательном соединении сила тока на всех участках цепи одинакова, то через внешний и внутренний участок цепи проходит одинаковый по величине ток. Тогда по закону Ома для участка цепи падение напряжений на ее внешнем и внутреннем участках будут соответственно равны:

Это позволяет вам освобождать эмоциональную боль и страх и избавляет вас от хронических проблем с почками, открывая для себя большее эмоциональное и духовное расширение энергии. Когда это наоборот, когда сердце закрыто от боли и страха, что блокирует эмоции, оно влияет на функцию управления жидкостью через почки и нарушает распределение жизненной энергии, необходимой для заземленного, здорового и сбалансированного ума и тела.

Более того, когда наше сердце исцеляется, внутри горит пламя, которое также питается жизненной энергией, хранящейся в почках. Треугольный соединитель соединяет сердце с каждой почкой, которая работает в светящемся теле, как электрическая цепь. В основании этого треугольника слева и справа находятся почки, а верхняя точка связана с сердцем. Когда сердце исцеляется, пламя в сердце и почках одновременно активирует конфигурацию сердца во внутреннем двойном пламени. Двойное пламя соответствует восстановленному энергетическому балансу между энергией самца и женщины, т.е. структурой света, созданного в комплексе сердца.

(3)

Электродвижущая сила.

Полная работа сил электростатического поля при движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока равна нулю. Следовательно, вся работа электрического тока в замкнутой электрической цепи оказывается совершенной за счет действия сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока. Отношение работы

, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника (ЭДС) :

Поэтому, когда два огня зажигаются в сердце, жизненно важная сущность, хранящаяся в почках, помогает переносить чи-пламя по всему физическому телу, чтобы соединиться с духовным пламенем монадического тела. Монада - это большее пламя духа, а физическое тело - меньшее пламя жизненной сущности или жизненной силы. Когда эти два огня зажигаются и объединяются, пламя взрывается от сердца, которое посылает огонь, чтобы поддержать рост сущности жизни, создаваемой почками. В основном, почки помогают построить внутреннее светящееся тело, необходимое для встраивания монадического тела.

, (4)

- переносимый заряд.

ЭДС выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т. е. в вольтах:

Закон Ома для полной цепи.

Любые визуальные упражнения, направленные на создание жизненной силы энергии в низших диенах и вызывают энергию для циркуляции у подножия ног, укрепляют способность почек хранить жизненно важную сущность, помогают исправить механизм заземления и выполнять функции физической очистки крови. Существуют некоторые потенцирующие агенты для почек и трав, которые являются общими для восточной медицины и полезны для тонизирования функции почек, особенно если есть проблема с заземлением или центрированием сердечника.

Почечная недостаточность вызывает выработку надпочечников. Надпочечники - это железы, которые производят много гормонов, и хорошо известно, что под давлением они перекачивают кортизол в кровоток, что приводит к тому, что человеческая нервная система переходит в состояние борьбы или полета. Адреналин обычно продуцируется как надпочечниками, так и некоторыми нейронами, которые также могут активироваться эмоциональными реакциями. Каждая эмоциональная реакция имеет поведенческий компонент, компонент вегетативной нервной системы, секрецию железы или гормональный фактор.

Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи:

Гормональные факторы, связанные со стрессом и эмоциональной болью, включают высвобождение адреналина и реакции надпочечников - в ответ на чувства, основанные на страхе, контролируемые симпатической нервной системой. Основная эмоция, которая выделяет адреналин в кровь, - это страх.

Кроме того, надпочечники играют важную роль в реагировании на борьбу или бегство, увеличивая приток крови к мышцам и сердцу, а затем учащиеся расширяются и уровень сахара в крови увеличивается. Адреналин закачивается в кровоток, когда человек провоцируется на террористические акты или страх, чтобы произвести как можно больше негативной эмоциональной энергии, что может быть основной причиной того, что надпочечники полностью истощены у большинства людей. Когда человек не исправляет это состояние и все еще накачивает адреналин или другие гормоны стресса в кровоток, нервная система замерзает, состояние шока и онемения.

. (5)

Из выражений (2), (4) и (5) получаем:

. (6)

, то

, (7)

В какой-то момент, когда вы испытываете постоянную боль или страх, из-за чрезмерной нагрузки адреналина, тело и нервная система попадают в состояние онемения, которое отключает эмоциональные реакции, закрывая сердце. Надпочечники находятся в верхней части каждой почки, поэтому они непосредственно подвержены истощению почек, что, естественно, приводит к выходу надпочечников. Если мы делаем что-то действительно нездоровое для нашего духа, и наша повседневная работа не соответствует тому, кто мы есть, он также истощает почки, адреналин и жизненную силу.

. (8)

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Выражение (8) называется законом Ома для полной цепи.

Когда нам приходится сталкиваться с трудными стрессовыми факторами на работе, в отношениях или в других ситуациях, организм может подвергаться глубокому бессознательному эмоциональному стрессу. Мы чувствуем себя беспомощными и расстроены тем, что мы должны просто работать, чтобы выполнить финансовые обязательства или выжить. Наше тело дает нам сообщение из-за чрезмерного истощения, что мы уже не можем жить таким же образом, мы должны вносить изменения, и первое изменение должно состоять в том, чтобы осуществить сознание через смерть эго.

Таким образом, с точки зрения физики Закон Ома выражает закон сохранения энергии для замкнутой цепи постоянного тока.

Порядок выполнения работы .

Подготовка к выполнению работы.

Перед вами на столах находится минилаборатория по электродинамике. Её вид представлен в л. р. № 9 на рисунке 2.

Слева находятся миллиамперметр, выпрямитель ВУ-4М, вольтметр, амперметр. Справа закреплен планшет № 1 (см. рис. 3 в л. р. № 9). В задней секции корпуса размещаются соединительные провода цветные: красный провод используют для подключения ВУ-4М к гнезду «+» планшета; белый провод - для подключения ВУ-4М к гнезду «-»; желтые провода - для подключения к элементам планшета измерительных приборов ; синие - для соединения между собой элементов планшета. Секция закрыта откидной площадкой. В рабочем положении площадка располагается горизонтально и используется в качестве рабочей поверхности при сборке экспериментальных установок в опытах.

Планетарный контроль над человеческими почками Чи. Мы должны стремиться к восстановлению сердечного центра и превращению почек в более высокую цель, связанную с вознесением тела. Существуют оверлеи, кодирующие человеческие тела для порабощения, установленные во время рождения, в записи последовательности трансдукции в теле проявления ядра или в Древе Жизни. Основной шаблон проявления сетки дерева имеет набор инструкций для контроля функций органов и желез на уровне каждого измерения, поскольку железы выделяют вещества и гормоны, которые позволяют человеческому сознанию двигаться быстрее между измерениями.

2. Ход работы.

В ходе работы вы освоите метод измерения основных характеристик источника тока, используя закон Ома для полной цепи, который связывает силу тока I в цепи, ЭДС источника тока , его внутреннее сопротивление r и сопротивление внешней цепи R соотношением:

В землях Соединенного Королевства ключи от пробуждения структур Альбиона скрыты, и они являются гигантскими спящими существами. Теги используются для руководства людьми на Земле для будущих временных линий для работы в рабских колониях или в различных галактических местах торговли людьми, которые контролируются этими внеземными коррумпированными конгломератами и группами драконов.

Группы Черного Солнца Ориона оставляли за собой право на некоторые человеческие тела, генетический материал и человеческое Древо Жизни, и именно поэтому они контролируют его. Благодаря этому им легче контролировать и контролировать информацию, связанную со структурой души и многомерной анатомией. Это драконовцы, которые воруют из духовных частей тела, а также из органов и желез.

. (9)

1 способ.

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 1.

Внимательно изучите её. При разомкнутом ключе В источник замкнут на вольтметр, сопротивление которого много больше внутреннего сопротивления источника (r R ). В этом случае ток в цепи настолько мал, что можно пренебречь значением падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника

, и ЭДС источника с пренебрежимо малой погрешностью равна напряжения на его зажимах , которое измеряется вольтметром, т.е.

. (10)

Таким образом, ЭДС источника определяется по показаниям вольтметра при разомкнутом ключе В.

Если ключ В замкнуть, вольтметр покажет падение напряжения на резисторе R :

. (11)

Тогда на основании равенств (9), (10) и (11) можно утверждать, что

(12)

Из формулы (12) видно, что для определения внутреннего сопротивления источника тока необходимо, кроме его ЭДС, знать силу тока в цепи и напряжение на резисторе R при замкнутом ключе.

Силу тока в цепи можно измерить при помощи амперметра. Проволочный резистор изготовлен из нихромовой проволоки и имеет сопротивление 5 Ом.

Соберите цепь по схеме, показанной на рисунке 3.

После того, как цепь будет собрана, необходимо поднять руку, позвать учителя, чтобы он проверил правильность сборки электрической цепи. И если цепь собрана правильно, то приступайте к выполнению работы.

При разомкнутом ключе В снимите показания вольтметра и занесите значение напряжения в таблицу 1. Затем замкните ключ В и опять снимите показания вольтметра, но уже и показания амперметра. Занесите значение напряжения и силы тока в таблицу 1.

Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

Если бы мы не знали значения сопротивлений проволочных резисторов, то можно ли было бы использовать второй способ и что для этого надо сделать (может нужно, например, включить в цепь какой-нибудь прибор)?

Уметь собирать электрические цепи, используемые в работе.

Литература

Кабардин О. Ф.. Справ. Материалы: Учеб. Пособие для учащихся.-3-е изд.-М.:Просвещение,1991.-с.:150-151.

Справочник школьника. Физика/ Сост. Т. Фещенко, В. Вожегова.–М.: Филологическое об-щество «СЛОВО», ООО «Фирма» «Издательство АСТ», Центр гуманитарных наук при ф-те журна-листики МГУ им. М. В. Ломоносова, 1998. - с.: 124,500-501.

Самойленко П. И.. Физика (для нетехнических специальностей): Учебн. для общеобразоват. учреждений сред. Проф. Образования/ П. И.Самойленко, А. В. Сергеев.-2-е изд., стер.-М.: Издательский центр «Академия», 2003-с.: 181-182.

Цель: экспериментально вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование: источник электрической энергии, амперметр, вольтметр, реостат (6 – 8 Ом), ключ, соединительные провода.

Величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока ε, из закона Ома:

где I – сила тока, U – напряжение.

В СИ ε выражается в вольтах (В).

Электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока можно определить экспериментально.

Порядок выполнения работы

1.Определить цену деления шкалы измерительных приборов.

2.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1

3.После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и, пользуясь реостатом, установить силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра снять показания вольтметра и амперметра.

4.Опыт повторить 2 раза, изменяя силу тока цепи при помощи реостата.

5.Полученные данные записать в таблицу 1.

Рисунок 4.10 – Экспериментальная схема

№	Напряжение на внешней части цепи U, В	Сила тока в цепи I,А	Внутреннее сопротивление r, Ом	Среднее значение внутреннего сопротивления r ср, Ом	ЭДС e, В	Среднее ЭДС e c р, В

Таблица 1 – Экспериментальные данные

1. Результаты измерений подставить в уравнение 1 и, решая системы уравнений:

определить внутреннее сопротивление источника по формулам:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.Записать данные в таблицу 1.

5.Сделать вывод.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Какова физическая суть электрического сопротивления?

2. Какова роль источника тока в электрической цепи?

3. Каков физический смысл ЭДС? Дать определение вольту.

4. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

5. Пользуясь результатами произведенных измерений, определить сопротивление внешней цепи.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Отчет по лабораторной работе №__________

студента группы__________________

ФИО_______________________________________________________________

ТЕМА: ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ

Цель: освоить метод измерения мощности, потребляемой электроприбором, основанный на измерении силы тока и напряжения; исследовать зависимость мощности, потребляемой лампочкой от напряжения на её зажимах; исследовать зависимость сопротивления проводника от температуры.

Оборудование: электрическая лампа, источник постоянного напряжения и переменного, реостат ползунковый, амперметр; вольтметр, ключ, соединительные провода, миллиметровая бумага.

Краткие теоретические сведения

Величина, равная отношению работы тока А ко времени t, за которое она совершается, называется мощностью P:

Следовательно, (1)

Порядок выполнения работы

Эксперимент №1

1.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 1, для нулевого опыта соблюдая полярность приборов

Рисунок 1 – Схема подключения

2.Определить цену деления шкалы измерительных приборов

_____________________________________________________________________________

3.После проверки схемы преподавателем, снять показания напряжения U и силы тока I.

4.Данные приборов записать в таблицу 1.

Таблица 1 – Экспериментальные данные №1

Эксперимент №2.

1.Собрать схему по рис.2, где лампочка через реостат подключается к переменному току.

Рисунок 4.12 – Схема подключения

2.После проверки схемы преподавателем, снять показания амперметра и вольтметра, изменяя положение ползунка на реостате 10 – 11 раз.

3.Данные приборов записать в таблицу 2.

Таблица 2 – Экспериментальные данные №2

Обработка результатов измерения

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.Найти сопротивление R 0 , для нулевого опыта:

(5)

где ΔТ 0 К – изменение абсолютной температуры (в данном случае равна комнатной температуре по шкале Цельсия); α – коэффициент температурного сопротивления для вольфрама (Приложение Б).

3.Полученные данные занести в таблицу 1.

Эксперимент №2

1.Для каждого опыта определить мощность Р, потребляемую лампой по формуле:

Р= U max ·I max (6)

3.Найти температуру нити накала лампы для каждого опыта по формуле:

4.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

5.На миллиметровой бумаге построите графики: а) зависимость мощности Р, потребляемой лампой, от напряжения U, на ее зажимах; б) зависимость сопротивления R от температуры Т.

6.Сделайте вывод по результатам двум экспериментов.

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи?

2. Как определить мощность тока с помощью амперметра и вольтметра?

3. Для каких целей используют ваттметр. Как он включается в цепи?

4. Как изменится сопротивление металлического проводника с увеличением температуры?

5. Чем спираль 100 Вт лампы накаливания отличается от спирали лампы 25 – ваттной?

Закон Ома для полной цепи, определение которого касается значения электрического тока в реальных цепях, находится в зависимости от источника тока и от сопротивления нагрузки. Этот закон носит и другое название - закон Ома для замкнутых цепей. Принцип действия данного закона заключается в следующем.

В качестве самого простого примера, электрическая лампа, являющаяся потребителем электрического тока, совместно с источником тока есть не что иное, как замкнутая . Данная электрическая цепь наглядно показана на рисунке.

Электроток, проходя через лампочку, также проходит и через сам источник тока. Таким образом, во время прохождения по цепи, ток испытает сопротивление не только проводника, но и сопротивление, непосредственно, самого источника тока. В источнике сопротивление создается электролитом, находящимся между пластинами и пограничными слоями пластин и электролита. Отсюда следует, что в замкнутой цепи, ее общее сопротивление будет состоять из суммы сопротивлений лампочки и источника тока.

Внешнее и внутреннее сопротивление

Сопротивление нагрузки, в данном случае лампочки, соединенной с источником тока, носит название внешнего сопротивления. Непосредственное сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. Для более наглядного изображения процесса, все значения необходимо условно обозначить. I - , R - внешнее сопротивление, r - внутреннее сопротивление. Когда по электрической цепи протекает ток, то для того, чтобы поддерживать его, между концами внешней цепи должна присутствовать разность потенциалов, которая имеет значение IхR. Однако, протекание тока наблюдается и во внутренней цепи. Значит, для того, чтобы поддержать электроток во внутренней цепи, также необходима разность потенциалов на концах сопротивления r. Значение этой разности потенциалов равно Iхr.

Электродвижущая сила аккумулятора

Аккумулятор должен иметь следующее значение электродвижущей силы, способной поддерживать необходимый ток в цепи: Е=IхR+Iхr . Из формулы видно, что электродвижущая сила аккумулятора составляет сумму внешнего и внутреннего . Значение тока нужно вынести за скобки: Е=I(r+R) . Иначе можно представить: I=Е/(r+R) . Двумя последними формулами выражается закон Ома для полной цепи, определение которого звучит следующим образом: в замкнутой цепи сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сумме сопротивлений этой цепи.

На концах проводника, а значит, и тока необходимо наличие сторонних сил неэлектрической природы, с помощью которых происходит разделение электрических зарядов .

Сторонними силами называются любые силы, действующие на электрически заряженные частицы в цепи, за исключением электростатических (т. е. кулоновских).

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внут-ри всех источников тока: в генераторах, на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах и т. д.

При замыкании цепи создается электрическое поле во всех про-водниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны движут-ся от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит а движение электрическое поле (см. рис. выше).

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение разных видов энергии в электричес-кую. По типу преобразованной энергии различают следующие виды электродвижущей силы:

- электростатическая — в электрофорной машине, в которой происходит превращение механической энергии при трении в электрическую;

- термоэлектрическая - в термоэлементе — внутренняя энергия нагретого спая двух проволок, изготовленных из разных металлов, превращается в электрическую;

- фотоэлектрическая — в фотоэлементе. Здесь происходит превращение энергии света в элек-трическую: при освещении некоторых веществ, например, селена, оксида меди (I) , кремния наблюдается потеря отрицательного электрического заряда;

- химическая — в гальванических элементах, аккумуляторах и др. источниках, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую.

Электродвижущая сила (ЭДС) — характеристика источников тока. Понятие ЭДС было введено Г. Омом в 1827 г. для цепей постоянного тока. В 1857 г. Кирхгофф определил ЭДС как работу сторонних сил при переносе единичного электрического заряда вдоль замкнутого контура:

ɛ = A ст /q ,

где ɛ — ЭДС источника тока, А ст — работа сторонних сил , q — количество перемещенного заряда.

Электродвижущую силу выражают в вольтах.

Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всем контуре, а только на данном участке.

Внутреннее сопротивление источника тока.

Пусть имеется простая замкнутая цепь, состоящая из источника тока (например, гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора с сопротивлением R . Ток в замкну-той цепи не прерывается нигде, следовательно, oн существует и внутри источника тока. Любой источник представляет собой некоторое сопротивление дли тока. Оно называется внутренним сопротивлением источника тока и обозначается буквой r .

В генераторе r — это сопротивление обмотки, в гальваническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов.

Таким образом, источник тока характеризуется величинами ЭДС и внутреннего сопротивлении, которые определяют его качество. Например, электростатические машины имеют очень большую ЭДС (до десятков тысяч вольт), но при этом их внутреннее сопротивление огромно (до со-тни Мом). Поэтому они непригодны для получения сильных токов. У гальванических элементов ЭДС всего лишь приблизительно 1 В, но зато и внутреннее сопротивление мало (приблизительно 1 Ом и меньше). Это позволяет с их помощью получать токи, измеряемые амперами.