Lucrare de laborator „Măsurarea EMF și rezistența internă a unei surse de curent” (clasa 11). Rezistență internă

8.5. Efectul termic al curentului

8.5.1. Sursa de curent

Puterea totală a sursei de curent:

P total = P util + P pierderi,

unde P util - putere utilă, P util = I 2 R; P pierderi - pierderi de putere, P pierderi = I 2 r; I - puterea curentului în circuit; R - rezistența la sarcină (circuit extern); r este rezistența internă a sursei de curent.

Puterea totală poate fi calculată folosind una dintre cele trei formule:

P plin = I 2 (R + r), P plin = ℰ 2 R + r, P plin = I ℰ,

unde ℰ este forța electromotoare (EMF) a sursei de curent.

Putere netă- aceasta este puterea care este eliberată în circuitul extern, adică pe o sarcină (rezistor) și poate fi utilizat în anumite scopuri.

Puterea netă poate fi calculată folosind una dintre cele trei formule:

P util = I 2 R, P util = U 2 R, P util = IU,

unde I este puterea curentului în circuit; U este tensiunea la bornele (clemele) sursei de curent; R - rezistența la sarcină (circuit extern).

Pierderea de putere este puterea care este eliberată în sursa de curent, adică. în circuitul intern și este cheltuit pe procese care au loc în sursa însăși; Pierderea de putere nu poate fi utilizată în alte scopuri.

Pierderea de putere este de obicei calculată folosind formula

P pierderi = I 2 r,

unde I este puterea curentului în circuit; r este rezistența internă a sursei de curent.

În timpul unui scurtcircuit, puterea utilă ajunge la zero

P util = 0,

deoarece nu există rezistență de sarcină în cazul unui scurtcircuit: R = 0.

Puterea totală în timpul unui scurtcircuit al sursei coincide cu puterea de pierdere și se calculează prin formula

P plin = ℰ 2 r,

unde ℰ este forța electromotoare (EMF) a sursei de curent; r este rezistența internă a sursei de curent.

Puterea utilă are valoare maximăîn cazul în care rezistența de sarcină R este egală cu rezistența internă r a sursei de curent:

R = r.

Putere maxima utila:

P util max = 0,5 P plin,

unde Ptot este puterea totală a sursei de curent; P plin = ℰ 2 / 2 r.

Formulă explicită de calcul putere maxima utila după cum urmează:

P util max = ℰ 2 4 r .

Pentru a simplifica calculele, este util să rețineți două puncte:

• dacă cu două rezistențe de sarcină R 1 și R 2 se eliberează aceeași putere utilă în circuit, atunci rezistență internă sursa de curent r este legată de rezistențele indicate prin formula

r = R1R2;

• dacă puterea maximă utilă este eliberată în circuit, atunci puterea curentului I * în circuit este jumătate din puterea curentului de scurtcircuit i:

eu * = i 2 .

Exemplul 15. Când scurtcircuitată la o rezistență de 5,0 Ohmi, o baterie de celule produce un curent de 2,0 A. Curentul de scurtcircuit al bateriei este de 12 A. Calculați puterea maximă utilă a bateriei.

Soluție. Să analizăm starea problemei.

1. Când o baterie este conectată la o rezistență R 1 = 5,0 Ohm, în circuit circulă un curent de putere I 1 = 2,0 A, așa cum se arată în Fig. a, determinată de legea lui Ohm pentru circuitul complet:

I 1 = ℰ R 1 + r,

unde ℰ - EMF al sursei de curent; r este rezistența internă a sursei de curent.

2. Când bateria este scurtcircuitată, un curent de scurtcircuit curge în circuit, așa cum se arată în Fig. b. Curentul de scurtcircuit este determinat de formula

unde i este curentul de scurtcircuit, i = 12 A.

3. Când o baterie este conectată la o rezistență R 2 = r, în circuit circulă un curent de forță I 2, așa cum se arată în fig. în , determinat de legea lui Ohm pentru circuitul complet:

I 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;

în acest caz, puterea maximă utilă este eliberată în circuit:

P util max = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.

Astfel, pentru a calcula puterea maximă utilă, este necesar să se determine rezistența internă a sursei de curent r și puterea curentului I 2.

Pentru a găsi puterea curentului I 2, scriem sistemul de ecuații:

i = ℰ r , I 2 = ℰ 2 r )

și împărțiți ecuațiile:

i I 2 = 2 .

Asta implică:

I 2 = i 2 = 12 2 = 6,0 A.

Pentru a afla rezistența internă a sursei r, scriem sistemul de ecuații:

I 1 = ℰ R 1 + r, i = ℰ r)

și împărțiți ecuațiile:

I 1 i = r R 1 + r .

Asta implică:

r = I 1 R 1 i − I 1 = 2,0 ⋅ 5,0 12 − 2,0 = 1,0 Ohm.

Să calculăm puterea maximă utilă:

P util max = I 2 2 r = 6,0 2 ⋅ 1,0 = 36 W.

Astfel, puterea maximă utilizabilă a bateriei este de 36 W.

Am ajuns la concluzia că, pentru a menține curentul constant într-un circuit închis, este necesar să includem o sursă de curent în acesta. Subliniem că sarcina sursei nu este de a furniza sarcini circuitului electric (sunt destule aceste sarcini în conductori), ci de a le forța să se miște, de a face muncă pentru a muta sarcinile împotriva forțelor câmpului electric. Principalele caracteristici ale sursei sunt forța electromotoare 1 (EMF) - lucru efectuat de forțele externe pentru a deplasa o singură sarcină pozitivă

Unitatea de FEM în sistemul SI de unități este Volt. FEM a unei surse este de 1 volt dacă efectuează 1 Joule de lucru atunci când mișcă o sarcină de 1 Coulomb

Pentru a desemna sursele de curent pe circuitele electrice, se folosește un simbol special (Fig. 397).

orez. 397
Un câmp electrostatic efectuează o activitate pozitivă pentru a muta o sarcină pozitivă în direcția de scădere a potențialului de câmp. Sursa de curent separă sarcinile electrice - sarcinile pozitive se acumulează pe un pol și sarcinile negative pe celălalt. Intensitatea câmpului electric din sursă este direcționată de la polul pozitiv la polul negativ, astfel încât munca câmpului electric pentru a muta o sarcină pozitivă va fi pozitivă atunci când aceasta se mută de la „plus” la „minus”. Lucrarea forțelor externe, dimpotrivă, este pozitivă dacă sarcinile pozitive se deplasează de la polul negativ la cel pozitiv, adică de la „minus” la „plus”.
Aceasta este diferența fundamentală dintre conceptele de diferență de potențial și EMF, care trebuie reținută întotdeauna.
Astfel, forța electromotoare a sursei poate fi considerată o mărime algebrică, al cărei semn („plus” sau „minus”) depinde de direcția curentului. În diagrama prezentată în fig. 398,

orez. 398
în afara sursei (în circuitul extern) curentul curge 2 de la „plus” sursei la „minus”, în interiorul sursei de la „minus” la „plus”. În acest caz, atât forțele sursei externe, cât și forțele electrostatice din circuitul extern efectuează o activitate pozitivă.
Dacă într-o anumită secțiune a circuitului electric, pe lângă forțele electrostatice, există și forțe terțe, atunci atât forțele electrostatice, cât și forțele terțe „lucrează” la mișcarea sarcinilor. Munca totală a forțelor electrostatice și terțelor pentru a muta o singură sarcină pozitivă se numește tensiune electrică într-o secțiune a circuitului

În cazul în care nu există forțe externe, tensiunea electrică coincide cu diferența de potențial a câmpului electric.
Să explicăm definiția tensiunii și semnul EMF folosind un exemplu simplu. Să existe o sursă de forțe externe și un rezistor în secțiunea circuitului prin care circulă curentul electric (Fig. 399).

orez. 399
Pentru certitudine, vom presupune că φ o > φ 1, adică curentul electric este direcționat din punct 0 până la punctul 1 . Când conectați sursa așa cum se arată în Fig. 399 a, Forțele exterioare ale sursei fac lucru pozitiv, deci relația (2) în acest caz poate fi scrisă sub forma

Când sursa este pornită din nou (Fig. 399 b), încărcăturile din interiorul acesteia se deplasează împotriva forțelor externe, astfel încât munca acestora din urmă este negativă. De fapt, forțele câmpului electric extern înving forțele externe. În consecință, în speță, relația avută în vedere (2) are forma

Pentru ca curentul electric să circule printr-o secțiune a unui circuit care are rezistență electrică, trebuie să se lucreze pentru a depăși forțele de rezistență. Pentru o unitate de sarcină pozitivă, această muncă, conform legii lui Ohm, este egală cu produsul IR = U care coincide în mod natural cu tensiunea din această zonă.
Particulele încărcate (atât electroni, cât și ioni) din interiorul sursei se mișcă într-un anumit mediu, deci sunt, de asemenea, supuse forțelor de frânare din mediu, care trebuie de asemenea depășite. Particulele încărcate înving forțele de rezistență datorită acțiunii forțelor externe (dacă curentul din sursă este direcționat de la „plus” la „minus”) sau datorită forțelor electrostatice (dacă curentul este direcționat de la „minus” la „plus”). . Este evident că munca de depășire a acestor forțe nu depinde de direcția de mișcare, deoarece forțele de rezistență sunt întotdeauna îndreptate în direcția opusă vitezei de mișcare a particulelor. Deoarece forțele de rezistență sunt proporționale cu viteza medie de mișcare a particulelor, munca de depășire a acestora este proporțională cu viteza de mișcare, prin urmare, cu puterea curentului. Astfel, putem introduce o altă caracteristică a sursei - ei rezistență internă r, similar cu rezistența electrică obișnuită. Munca efectuată pentru a depăși forțele de rezistență la deplasarea unei singure sarcini pozitive între polii sursei este egală cu A/q = Ir. Să subliniem încă o dată că această muncă nu depinde de direcția curentului în sursă.

1 Numele acestei mărimi fizice este nefericit - deci forța electromotoare este muncă și nu o forță în sensul mecanic obișnuit. Dar acest termen este atât de stabilit încât nu este „în puterea noastră” să-l schimbăm. Apropo, puterea curentului nu este forță mecanică! Ca să nu mai vorbim de concepte precum „puterea spiritului”, „puterea voinței”, „puterea divină” etc.
2 Să reamintim că direcția de mișcare a curentului electric este considerată a fi direcția de mișcare a sarcinilor pozitive.

O sursă este un dispozitiv care transformă energia mecanică, chimică, termică și alte forme de energie în energie electrică. Cu alte cuvinte, sursa este un element de rețea activ conceput pentru a genera energie electrică. Diferitele tipuri de surse disponibile în rețeaua electrică sunt sursele de tensiune și sursele de curent. Aceste două concepte din electronică sunt diferite unul de celălalt.

Sursa de tensiune constanta

O sursă de tensiune este un dispozitiv cu doi poli; tensiunea sa este constantă în orice moment, iar curentul care trece prin ea nu are niciun efect. O astfel de sursă va fi ideală, având rezistență internă zero. În condiții practice nu se poate obține.

Un exces de electroni se acumulează la polul negativ al sursei de tensiune și o deficiență de electroni la polul pozitiv. Stările polilor sunt menținute prin procese în cadrul sursei.

baterii

Bateriile stochează energia chimică în interior și sunt capabile să o transforme în energie electrică. Bateriile nu pot fi reîncărcate, ceea ce este dezavantajul lor.

baterii

Bateriile reîncărcabile sunt baterii reîncărcabile. La încărcare, energia electrică este stocată intern ca energie chimică. În timpul descărcării, procesul chimic are loc în sens invers și se eliberează energie electrică.

Exemple:

1. Celula bateriei plumb-acid. Este realizat din electrozi de plumb și lichid electrolitic sub formă de acid sulfuric diluat cu apă distilată. Tensiunea per celulă este de aproximativ 2 V. În bateriile auto, șase celule sunt de obicei conectate într-un circuit în serie, iar tensiunea rezultată la bornele de ieșire este de 12 V;

1. Baterii nichel-cadmiu, tensiunea celulei – 1,2 V.

Important! Pentru curenți mici, bateriile și acumulatorii pot fi considerate o bună aproximare a surselor ideale de tensiune.

Sursa de tensiune AC

Electricitatea este produsă la centralele electrice folosind generatoare și, după reglarea tensiunii, este transmisă consumatorului. Tensiunea alternativă a rețelei de acasă de 220 V în sursele de alimentare ale diferitelor dispozitive electronice este ușor convertită la o valoare mai mică atunci când se utilizează transformatoare.

Sursa actuala

Prin analogie, la fel cum o sursă de tensiune ideală creează o tensiune constantă la ieșire, sarcina unei surse de curent este să producă o valoare constantă a curentului, controlând automat tensiunea necesară. Exemple sunt transformatoarele de curent (înfășurarea secundară), fotocelulele, curenții de colector ai tranzistoarelor.

Calculul rezistenței interne a sursei de tensiune

Sursele reale de tensiune au propria lor rezistență electrică, care se numește „rezistență internă”. Sarcina conectată la bornele sursei este desemnată ca „rezistență externă” - R.

O baterie de baterii generează EMF:

ε = E/Q, unde:

• E – energie (J);
• Q – taxa (C).

FEM totală a unei celule de baterie este tensiunea în circuit deschis atunci când nu există sarcină. Poate fi verificat cu o bună acuratețe folosind un multimetru digital. Diferența de potențial măsurată la bornele de ieșire ale bateriei atunci când aceasta este conectată la o rezistență de sarcină va fi mai mică decât tensiunea acestuia atunci când circuitul este deschis, datorită fluxului de curent prin sarcina externă și prin rezistența internă a sursei, aceasta duce la disiparea energiei în ea sub formă de radiație termică.

Rezistența internă a unei baterii chimice este între o fracțiune de ohm și câțiva ohmi și se datorează în principal rezistenței materialelor electrolitice utilizate la fabricarea bateriei.

Dacă la o baterie este conectat un rezistor cu rezistența R, curentul din circuit este I = ε/(R + r).

Rezistența internă nu este o valoare constantă. Este afectată de tipul bateriei (alcalină, plumb-acid etc.) și se modifică în funcție de valoarea de încărcare, temperatură și perioada de utilizare a bateriei. De exemplu, la bateriile de unică folosință, rezistența internă crește în timpul utilizării și, prin urmare, tensiunea scade până când ajunge într-o stare care nu este adecvată pentru utilizare ulterioară.

Dacă fem-ul sursei este o mărime predeterminată, rezistența internă a sursei este determinată prin măsurarea curentului care curge prin rezistența de sarcină.

1. Deoarece rezistența internă și externă din circuitul aproximativ sunt conectate în serie, puteți utiliza legile lui Ohm și Kirchhoff pentru a aplica formula:

1. Din această expresie r = ε/I - R.

Exemplu. O baterie cu o fem cunoscută ε = 1,5 V este conectată în serie cu un bec. Căderea de tensiune pe bec este de 1,2 V. Prin urmare, rezistența internă a elementului creează o cădere de tensiune: 1,5 - 1,2 = 0,3 V. Rezistența firelor din circuit este considerată neglijabilă, rezistența lămpii nu este cunoscut. Curentul măsurat care trece prin circuit: I = 0,3 A. Este necesar să se determine rezistența internă a bateriei.

1. Conform legii lui Ohm, rezistența becului este R = U/I = 1,2/0,3 = 4 Ohmi;
2. Acum, conform formulei de calcul a rezistenței interne, r = ε/I - R = 1,5/0,3 - 4 = 1 Ohm.

În cazul unui scurtcircuit, rezistența externă scade la aproape zero. Curentul poate fi limitat doar de rezistența mică a sursei. Curentul generat într-o astfel de situație este atât de puternic încât sursa de tensiune poate fi deteriorată de efectele termice ale curentului și există riscul de incendiu. Riscul de incendiu este prevenit prin instalarea siguranțelor, de exemplu în circuitele bateriilor auto.

Rezistența internă a unei surse de tensiune este un factor important atunci când decideți cum să furnizați cea mai eficientă putere unui aparat electric conectat.

Important! Transferul maxim de putere are loc atunci când rezistența internă a sursei este egală cu rezistența sarcinii.

Cu toate acestea, în această condiție, amintindu-ne formula P = I² x R, o cantitate identică de energie este transferată la sarcină și disipată în sursă însăși, iar eficiența acesteia este de numai 50%.

Cerințele de încărcare trebuie luate în considerare cu atenție pentru a decide cea mai bună utilizare a sursei. De exemplu, o baterie de mașină cu plumb-acid trebuie să furnizeze curenți mari la o tensiune relativ scăzută de 12 V. Rezistența sa internă scăzută îi permite să facă acest lucru.

În unele cazuri, sursele de alimentare de înaltă tensiune trebuie să aibă o rezistență internă extrem de mare pentru a limita curentul de scurtcircuit.

Caracteristici ale rezistenței interne a sursei de curent

O sursă de curent ideală are rezistență infinită, dar pentru sursele autentice se poate imagina o versiune aproximativă. Circuitul electric echivalent este o rezistență conectată la sursă în paralel și o rezistență externă.

Ieșirea de curent de la sursa de curent este distribuită după cum urmează: o parte din curent trece prin cea mai mare rezistență internă și prin rezistența de sarcină scăzută.

Curentul de ieșire va fi suma curenților din rezistența internă și sarcina Io = In + Iin.

Se dovedește:

In = Iо - Iin = Iо - Un/r.

Această relație arată că, pe măsură ce rezistența internă a sursei de curent crește, cu atât curentul prin aceasta scade, iar rezistența de sarcină primește cea mai mare parte a curentului. Interesant, tensiunea nu va afecta valoarea curentului.

Tensiune reală de ieșire a sursei:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). Evaluează acest articol:

Să presupunem că există un circuit electric închis simplu care include o sursă de curent, de exemplu un generator, o celulă galvanică sau o baterie și un rezistor cu o rezistență R. Deoarece curentul din circuit nu este întrerupt nicăieri, curge în interiorul sursei.

Într-o astfel de situație, putem spune că orice sursă are o oarecare rezistență internă care împiedică curgerea curentului. Această rezistență internă caracterizează sursa de curent și este desemnată prin litera r. Pentru o baterie, rezistența internă este rezistența soluției de electrolit și a electrozilor; pentru un generator, este rezistența înfășurărilor statorului etc.

Astfel, sursa de curent este caracterizată atât de mărimea EMF, cât și de valoarea propriei rezistențe interne r - ambele aceste caracteristici indică calitatea sursei.

Generatoarele electrostatice de înaltă tensiune (cum ar fi generatorul Van de Graaff sau generatorul Wimshurst), de exemplu, se disting printr-un EMF uriaș măsurat în milioane de volți, în timp ce rezistența lor internă este măsurată în sute de megaohmi, motiv pentru care nu sunt potrivite. pentru producerea de curenți mari.

Elementele galvanice (cum ar fi o baterie), dimpotrivă, au un EMF de ordinul 1 volt, deși rezistența lor internă este de ordinul fracțiilor sau, cel mult, a zecilor de ohmi, și deci curenți de unități și zeci de amperii se pot obţine din elemente galvanice.

Această diagramă arată o sursă reală cu o sarcină atașată. Rezistența sa internă, precum și rezistența la sarcină sunt indicate aici. Conform, curentul din acest circuit va fi egal cu:

Deoarece secțiunea circuitului extern este omogenă, tensiunea pe sarcină poate fi găsită din legea lui Ohm:

Exprimând rezistența de sarcină din prima ecuație și substituind valoarea acesteia în a doua ecuație, obținem dependența tensiunii de sarcină de curentul într-un circuit închis:

Într-o buclă închisă, EMF este egal cu suma căderilor de tensiune între elementele circuitului extern și rezistența internă a sursei în sine. Dependența tensiunii de sarcină de curentul de sarcină este ideal liniară.

Graficul arată acest lucru, dar datele experimentale pe un rezistor real (cruci lângă grafic) diferă întotdeauna de ideal:

Experimentele și logica arată că la curent de sarcină zero, tensiunea de pe circuitul extern este egală cu emf sursă, iar la tensiune de sarcină zero, curentul din circuit este egal cu . Această proprietate a circuitelor reale ajută la găsirea experimentală a emf și a rezistenței interne a surselor reale.

Determinarea experimentală a rezistenței interne

Pentru a determina experimental aceste caracteristici, graficați dependența tensiunii de sarcină de valoarea curentului, apoi extrapolați-o la intersecția cu axele.

În punctul de intersecție a graficului cu axa tensiunii se află valoarea emf sursei, iar în punctul de intersecție cu axa curentului este valoarea curentului de scurtcircuit. Ca urmare, rezistența internă se găsește prin formula:

Puterea utilă dezvoltată de sursă este eliberată la sarcină. Dependența acestei puteri de rezistența la sarcină este prezentată în figură. Această curbă începe de la intersecția axelor de coordonate în punctul zero, apoi crește până la valoarea maximă a puterii, după care scade la zero când rezistența de sarcină este egală cu infinit.

Pentru a găsi rezistența maximă de sarcină la care puterea maximă se va dezvolta teoretic la o sursă dată, se ia derivata formulei puterii față de R și se stabilește egală cu zero. Puterea maximă se va dezvolta atunci când rezistența circuitului extern este egală cu rezistența internă a sursei:

Această prevedere despre puterea maximă la R = r ne permite să găsim experimental rezistența internă a sursei prin reprezentarea grafică a dependenței puterii eliberate de sarcină de valoarea rezistenței de sarcină. După ce am găsit rezistența de sarcină reală, și nu teoretică, care asigură puterea maximă, se determină rezistența internă reală a sursei de alimentare.

Eficiența unei surse de curent arată raportul dintre puterea maximă alocată sarcinii și puterea totală care este în curs de dezvoltare

Scop: calculați experimental f.e.m. și rezistența internă a sursei de curent.

Echipament: sursă de energie electrică, ampermetru, voltmetru, reostat (6 - 8 Ohmi), cheie, fire de legătură.

O cantitate egală numeric cu munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o sarcină unitară în interiorul unei surse de curent se numește forța electromotoare a sursei de curent. ε, din legea lui Ohm:

unde I este curent, U este tensiune.

În SI ε exprimată în volți (V).

Forța electromotoare și rezistența internă a sursei de curent pot fi determinate experimental.

Comandă de lucru

1. Determinați prețul de împărțire a scalei instrumentelor de măsură.

2. Realizați un circuit electric conform schemei prezentate în Fig. 1

3. După verificarea circuitului de către profesor, închideți cheia și, folosind un reostat, setați puterea curentului corespunzătoare mai multor diviziuni ale scalei ampermetrului, luați citirile voltmetrului și ampermetrului.

4. Repetați experimentul de 2 ori, schimbând puterea curentului circuitului folosind un reostat.

5.Scrieți datele obținute în tabelul 1.

Figura 4.10 – Schema experimentală

№	Tensiune pe partea externă a circuitului U, V	Puterea curentului în circuitul I, A	Rezistența internă r, Ohm	Valoarea medie a rezistenței interne r avg, Ohm	EMF e, V	Emf e c p medie, V

Tabelul 1 – Date experimentale

1. Înlocuiți rezultatele măsurătorii în ecuația 1 și, rezolvând sistemul de ecuații:

determinați rezistența internă a sursei folosind formulele:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Scrieți datele în tabelul 1.

5.Trageți o concluzie.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Întrebări de control

1. Care este esența fizică a rezistenței electrice?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Care este rolul sursei de curent într-un circuit electric?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Care este semnificația fizică a EMF? Definiți volt.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. De ce depinde tensiunea la bornele sursei de curent?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Folosind rezultatele măsurătorilor efectuate, determinați rezistența circuitului extern.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Raport de laborator nr.__________

elev de grup_________________

NUMELE COMPLET_______________________________________________________________

TEMA: INVESTIGARE A DEPENDENȚEI PUTERII CURENTULUI ELECTRIC A LĂMPII INFLEX DE TENSIUNE

Scop: stăpânirea metodei de măsurare a puterii consumate de un aparat electric, bazată pe măsurarea curentului și tensiunii; studiază dependența puterii consumate de un bec de tensiunea la bornele acestuia; investigați dependența rezistenței conductorului de temperatură.

Echipamente: lampă electrică, sursă de tensiune DC și AC, reostat glisor, ampermetru; voltmetru, cheie, fire de conectare, hârtie milimetrică.

Informații teoretice scurte

Valoarea egală cu raportul dintre munca efectuată de curentul A și timpul t în care acesta este efectuat se numește putere P:

Prin urmare, (1)

Comandă de lucru

Experimentul nr. 1

1. Realizați un circuit electric conform schemei prezentate în figura 1, pentru un experiment zero, respectând polaritatea dispozitivelor

Figura 1 – Schema de conectare

2. Determinați prețul de împărțire a scalei instrumentelor de măsură

_____________________________________________________________________________

3.După verificarea circuitului de către profesor, luați citiri ale tensiunii U și curentului I.

4. Notați datele dispozitivului în Tabelul 1.

Tabelul 1 – Date experimentale Nr. 1

Experimentul nr. 2.

1. Asamblați circuitul conform Fig. 2, unde becul este conectat la curent alternativ printr-un reostat.

Figura 4.12 – Schema de conectare

2. După verificarea circuitului de către profesor, luați citirile ampermetrului și voltmetrului, schimbând poziția glisorului pe reostat de 10 - 11 ori.

3. Notați datele dispozitivului în Tabelul 2.

Tabelul 2 – Date experimentale Nr. 2

Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.Găsiți rezistență R0, pentru zero experiență:

(5)

unde ΔT 0 K este modificarea temperaturii absolute (în acest caz egală cu temperatura camerei pe scara Celsius); α este coeficientul de rezistență la temperatură pentru wolfram (Anexa B).

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Introduceți datele obținute în tabelul 1.

Experimentul nr. 2

1. Pentru fiecare experiment, determinați puterea P consumată de lampă folosind formula:

Р= U max ·I max (6)

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Găsiți temperatura filamentului lămpii pentru fiecare experiment folosind formula:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Introduceți rezultatele măsurătorilor și calculelor în tabelul 2.

5. Pe hârtie milimetrică, desenați grafice: a) dependența puterii P consumată de lampă de tensiunea U la bornele acesteia; b) dependența rezistenței R de temperatura T.

6.Trageți o concluzie pe baza rezultatelor a două experimente.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Întrebări de control

1. Care este semnificația fizică a tensiunii într-o secțiune a unui circuit electric?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Cum se determină puterea curentă folosind un ampermetru și un voltmetru?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. În ce scopuri este folosit un wattmetru? Cum este inclus în circuit?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Cum se modifică rezistența unui conductor metalic odată cu creșterea temperaturii?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Cum diferă spirala unei lămpi cu incandescență de 100 W de spirala unei lămpi de 25 W?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________