2.5 Формулы для расчета

R₀₁ = ; R₀₂ = ;

R₁ = ; R₂ = ; R₃ = ;

I =

2.6 Контрольные вопросы

1. Сформулировать второй закон Кирхгофа.

2. Как определить знаки ЭДС и напряжений на сопротивлениях?

3. Что такое потенциал?

4. Что такое потенциальная диаграмма?

5. Как рассчитать потенциалы точек электрической цепи (при переходе через резистор, источник ЭДС)?

6. Как определить внутреннее сопротивление источника опытным путем?

7. Как измерить потенциалы точек экспериментально?

8. Какие данные необходимо знать при расчете потенциалов точек?

9. Какое различие между напряжениями на зажимах источника ЭДС, работающего в режиме генератора и потребителя?

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

(НЕРАЗВЕТВЛЕННАЯ ЦЕПЬ С

ПЕРЕМЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ)

Цель работы

Ознакомиться с режимами работы и физическими явлениями, возникающими в электрической цепи с переменным сопротивлением. Усвоить условия выделения максимальной мощности в нагрузке.

3.1 Теоретические сведения

Для объяснения физических явлений в неразветвленной цепи с переменным сопротивлением рассмотрим схему, представленную на рис. 3.1. На схеме введены обозначения:

Е – ЭДС источника питания;

R_о – внутреннее сопротивление источника;

R – сопротивление, изменяющееся от 0 до ∞.

Ток такой цепи определяется из уравнения

I = ,

а напряжение на зажимах переменного сопротивления

U = RI = Е – U₀ ,

где U_о = R_о I – падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

Мощность, развиваемая источником питания

Р₁ = ЕI.

Мощность, потребляемая в цепи (полезная мощность)

Р₂ = UI.

Коэффициент полезного действия источника

η = %.

При R=0 (режим короткого замыкания) и R₀→ 0, ток стремится к ∞

I_кз = , U_кз = RI_кз = 0.

Мощность источника и потребителя определяют:

Р₁ = ЕI, Р₂ = 0.

При R = ∞ (режим холостого хода) ток в цепи I_хх = 0. Напряжение на сопротивлении R принимает наибольшее значение U_хх = Е, напряжение на внутреннем сопротивлении источника U_о =0, мощность источника Р₁ = 0, Р₂ = 0.

На рис. 3.2 приведены графические зависимости напряжений U и U_о от величины тока в цепи. Напряжение U_о на внутреннем сопротивлении источника пропорционально току. Оно изменяется от нуля при I = I_хх до наибольшего значения U_о = Е при I = I_кз .

Напряжение U на зажимах переменного сопротивления также линейно зависит от тока и изменяется от наибольшего значения U_хх = Е (I = I_хх) до нуля (I = I_кз). При равенстве сопротивлений R и R_о напряжения U и U_о равны (точка пересечения прямых U и U_о на рис. 3.2).

Графически U на зажимах переменного сопротивления R изменяется в зависимости от этого сопротивления по нелинейному закону, определяемому характером зависимости тока в цепи от сопротивления R. При R = 0 напряжение U=0. С увеличением R напряжение увеличивается до своего максимального значения U = U_хх (рис.3.3).

Мощность источника Р₁ изменяется пропорционально току в цепи от значения Р₁ = ЕI при R = 0 до нуля при

R = ∞.

Мощность Р₂, потребляемая приемником, равно нулю при R = 0 и R = ∞, и достигает максимального значения

Р₂ = , в случае равенства сопротивлений R и R_о

(рис. 3.4).

Режим цепи, при котором сопротивление приемника равно сопротивлению остальной части цепи, называется режимом согласованной нагрузки.

При этом полезная мощность равна мощности потерь Р₂ = Р_о , а коэффициент полезного действия равен 50%. Наибольшего значения КПД достигает при R→ ∞, т.е. в режиме, близком к режиму холостого хода.

Рис. 3.1

Рис. 3.2

Рис. 3.3 Рис. 3.4