Как найти среднее значение сопротивления тока

Лабораторная работа №4 по физике 10 класс (ответы) — Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

1. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу.

Ε_ср = (E₁ + E₂ + E₃ + E₄ + E₅)/5 = (4.3 + 4.3 + 4.3 + 4.3 + 4.3)/5 = 4.3 В

2. Замкните ключ K. Измерьте силу тока I в цепи не менее пяти раз. Вычислите среднее значение <I>. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу.

<I> = (I₁ + I₂ + I₃ + I₄ + I₅)/5 = (0.65 + 0.65 + 0.65 + 0.65 + 0.65)/5 = 0.65 А.

3. Рассчитайте среднее значение внутреннего сопротивления <r> источника тока. Данные занесите в таблицу.

<r> = E/I — R; R = 4; <r> 4.3/0.65 — 4 = 6.62 — 4 = 2.62 Ом.

№ опыта	Измерено	Вычислено
E, В	I, А	r, Ом
1	4,3	0,65
2	4,3	0,65
3	4,3	0,65
4	4,3	0,65
5	4,3	0,65
Среднее	4,3	0,65	2,62

4. Рассчитайте абсолютную погрешность прямых измерений ЭДС источника тока и силы тока в цепи.

ΔE = Δ_иE + Δ_оE; ΔE = 0.15 В + 0,18 В = 0,26 В;

ΔI =  Δ_иI + Δ_оI; ΔI = 0.05 А + 0,025 А = 0,075 А.

5. Приняв абсолютную погрешность измерения сопротивления резистора ΔR = 0,12 Ом, вычислите относительную погрешность косвенных измерений внутреннего сопротивления.

E_r = 0.25/4.3 + 0.075/0.65 + 0.1/4 = 0.06 + 0.12 + 0.025 = 0.21 В.

6. Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерений внутреннего сопротивления источника тока.

Δr = 0.21 В · 2,62 Ом = 0,55 Ом.

7. Запишите значение ЭДС и относительную погрешность ее прямых измерений в виде:

E = (4.3 ± 0.25) В; ε_E = 21%.

8. Запишите значение внутреннего сопротивления и относительную погрешность его косвенных измерений в виде.

r = (2.62 ± 0.55) Ом; ε_r = 55%.

Ответы на контрольные вопросы

1. Почему вольтметр включают в цепь параллельно потребителю? Что произойдет, если вольтметр включить в цепь последовательно?

Вольтметр включают параллельно участку цепи, на котором измеряют напряжение. Напряжение на измеренном участке и напряжение на вольтметре будет одним и тем же, т.к. вольтметр и напряжение на вольтметре подключены к общим точкам.

Т.к. вольтметр обладает большим сопротивлением, то при его последовательном подключении к электрической цепи увеличится внешнее сопротивление цепи, а, значит, сила тока в цепи значительно уменьшится.

2. Почему сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления цепи, в которой измеряют ток? Что произойдет, если амперметр включить параллельно потребителю?

Поскольку включение амперметра в электрическую цепь не должно изменять силу тока в ней, то сопротивление амперметра должно быть как можно меньше.

Сопротивление амперметра гораздо меньше сопротивления потребителя, поэтому при таком неправильном подключении почти весь ток пойдёт через амперметр. В итоге «зашкалит» и может перегореть, если вовремя не отключить. Такое включение амперметра недопустимо.

3. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различаются?

Потому что у источника питания появляется нагрузка в виде резистора. Вольтметр, подключённый к полюсам источника питания ЭДС источника ε. При подключении нагрузки (резистора) напряжение на источнике будет падать, т.к. источник не идеальный.

4. Как можно повысить точность измерения ЭДС источника тока?

Самый простой способ — взять вольтметр с меньшей приборной погрешностью, т.е. более высокого класса точности.

Также повысить точность можно путём совершенствования методики измерения и обработки результатов, таким образом можно уменьшить систематические погрешности.

5. При каком значении КПД будет получена максимальная полезная мощность от данного источника тока? Каким должно быть при этом сопротивление внешней цепи по отношению ко внутреннему сопротивлению источника тока?

Коэффициент полезного действия источника тока определяется как отношение полезной мощности к полной, и зависит от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока. Можно доказать, что КПД оказывается равным 50%.

Перейти к содержимому

Среднее значение — сопротивление

Cтраница 2

Для каждой длины I, используя график, находим среднее значение сопротивления по формуле ДСр V / I, где / и V — значения тока и напряжения, взятые на графике в удобной точке у конца прямой.
 [17]

При необходимости определить сопротивление отдельных участков в табл. 72 даны средние значения сопротивления стартерной цепи.
 [19]

В табл. 18, составленной на основе опытов автора и литературных источников, приведены средние значения сопротивления разделению при вырубке-пробивке. Данные табл. 18 могут быть использованы при определении потребных усилий вырубки-пробивки по формуле ( 1) в технологических расчетах.
 [20]

В табл. 3 — 4 даны мощности потерь приборов, по которым легко найти среднее значение сопротивлений приборов.
 [21]

Таким образом, при определении нагрузок в деталях и узлах роторных экскаваторов необходимо располагать, помимо средних значений сопротивления копанию на ковше, системой взаимных корреляционных функций.
 [23]

По оси абсцисс отложены продольные перемещения отрезка трубы, как недеформируемого тела, по оси ординат — средние значения сопротивлений грунта сдвигу по периметру трубы.
 [24]

Затем по уравнениям ( 15 — 4) и ( 15 — 5) подсчитываются эффективные и среднее значения сопротивлений.
 [26]

И; а — температурный коэффициент сопротивления; / — сопротивление термонити, соответствующее скорости v r — среднее значение сопротивления термонити, соответствующее среднему значению ее температуры f n; Т тсн / ( а bipPif) — постоянная времени.
 [27]

Однако ориентироваться на эти параметры нельзя, поскольку при обработке фасонных полостей, щелей, пазов, отверстий условия эвакуации затруднены и среднее значение сопротивления промежутка в паузе между импульсами уменьшается.
 [29]

Точность рассматриваемого способа определения места замыкания может быть несколько повышена, если при составлении расчетных графиков учитывать наиболее вероятное значение переходного сопротивления в виде среднего значения сопротивления опор данной линии с учетом обьединения их грозозащитным тросом.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5

Лабораторная
работа № 5

ИЗМЕРЕНИЕ
ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА

Работа,
рассчитанная на фронтальное применение

Оборудование:

Источник тока из нового оборудования (при
соединении непосредственно вольтметра, показывает 5,2 – 5,4 В), вольтметр на 6
В, амперметр на 3 А, реостат 5 Ом 3 А, ключ, соединительные провода — всё из
нового оборудования:

В ходе
лабораторной работы были получены практически одинаковые экспериментальные
данные. Так, например, некто Троцкая Дарина Витальевна — именуемая в народе Солнышко, получила нижеследующие результаты:

№ опыта	I,   А	U,   В
1.	1,0	4,0
2.	1,2	3,8
3.	1,4	3,4
4.	1,6	3,2
5.	1,8	3,0
6.	2,0	2,8
7.	2,2	2,6
8.	2,3	2,4

Аппроксимация данных, выполненная МНК, дала
уравнение прямой из которой следует:

ℰ = ( 5,2 ± 0,2 ) В,  ε = 3,1%

r = ( 1,19 ±
0,09 ) Ом,  ε = 7,6%

Работа,
рассчитана на экспериментальное исследование

Оборудование:

Аккумуляторы на 4,5 В, вольтметр на 6 В,
амперметр на 3 А, реостат 6 Ом 1 А (Made in USSR — на
самом деле он 7 Ом), ключ, соединительные провода.

В ходе эксперимента, были получены следующие
данные:

№ опыта	I,   А	U,   В
1.	0,6	3,65
2.	0,7	3,55
3.	0,8	3,50
4.	0,9	3,40
5.	1,0	3,25
6.	1,1	3,15
7.	1,2	3,10
8.	1,3	3,00
9.	1,4	2,95
10.	1,5	2,90
11.	1,6	2,75
12.	1,7	2,70
13.	1,8	2,60
14.	1,9	2,50
15.	2,0	2,40
16.	2,1	2,35
17.	2,2	2,30
18.	2,3	2,20
19.	2,4	2,15
20.	2,5	2,10
21.	2,65	2,00

Аппроксимация данных, выполненная МНК, дала
уравнение прямой из которой следует:

ℰ = ( 4,1 ± 0,2 ) В,  ε = 4,9%

r = ( 0,8 ± 0,1
) Ом,  ε = 12,5%

Эксперимент с аккумуляторами показал неплохие
результаты ввиду того, что они имеют большую ёмкость (выдерживают длительные
критические нагрузки) и имеют малое внутреннее сопротивление (ЭДС таких источников
не “проседает” при токах 3 – 4 А). Так, три последовательно соединённые
аккумулятора давали перед экспериментом ЭДС = 4,2 В, а внутреннее сопротивление
такой батареи = 3 х 0,25 = 0,75 Ом.

Ток короткого замыкания можно измерить с
помощью мультиметра. Заряженные перед экспериментом аккумуляторные батареи
давали ток короткого замыкания около 6 А:

 = 0,25  Ом

При определённых условиях (???), ток короткого
замыкания был зафиксирован при значении 12 А!

Это должен знать каждый!!!

( перед
экспериментом )

Выбирая
элементы питания для фотоаппарата, пульта ДУ, часов или фонарика мы часто
задаёмся вопросами: какие батарейки лучше? Какие выгоднее покупать? У каких батареек
больше ёмкость? Насколько алкалиновые лучше солевых и стоит ли переплачивать за
дорогие бренды? Выгодно ли использовать аккумуляторы вместо батареек? Не найдя на просторах интернета достоверных ответов
на все эти вопросы, мы решили провести свою экспертизу. Поскольку под рукой
имелся целый парк приборов для измерения ёмкости, это не составило большого
труда. В ходе экспериментов мы проверили щелочные (алкалиновые) и солевые
батарейки, а также никель-металлгидридные аккумуляторы размера AA (пальчиковые)
и AAA (мизинчиковые). Полученные данные собрали в таблицу и вот что получилось:

Тест щелочных (alkaline/oxi—alkaline/NiOx)

батареек размера AA (LR6/ZR6)

Тест щелочных (alkaline/oxi-alkaline/NiOx)

батареек размера AAA (LR03/ZR03)

Тест солевых (carbon-zink/zink chloride)

батареек размера AA (R6)

Тест солевых (carbon-zink/zink chloride)

батареек размера AAA (R03)

Пояснения
к батарейкам:

1.    
Дата
проведения экспериментов — май 2009.

2.    
«Емкость»
указана в миллиампер-часах (mAh), чем больше, тем лучше. Это наиболее важный
показатель, характеризующий, количество энергии, запасенное в батарейке.

3.    
«Сопротивление»
— внутреннее сопротивление батарейки в Ом, чем меньше, тем лучше. Малое
внутреннее сопротивление дает возможность более глубоко разряжать батарейку, то
есть в большей степени использовать ее емкость. Однако существенного влияния на
используемую ёмкость этот параметр не влияет.

4.    
«Цена»
указана для одной батарейки в рублях (на оптовом складе).

5.    
«Цена
ампер-часа» — соотношение цены батарейки в рублях к ее емкости в ампер-часах.
Этот параметр характеризует выгодность использования батарейки.

6.    
«Страна»
— страна или регион, в котором была изготовлена батарейка (исходя из надписи на
упаковке).

7.    
Все батарейки,
используемые в ходе тестов, были «свежими», до обозначенного срока
годности оставалось от 4 до 6 лет.

Тест никель-металлгидридных (Ni-MH)

аккумуляторов размера AA (HR6)

Тест никель-металлгидридных (Ni-MH)

аккумуляторов размера AAA (HR03)

Наименование	Ёмкость	E/En	Сопротивление	Цена	Цена А.ч	Страна
ENERGIZER 1000 mAh	890	89%	0,12	113,9	127,98	Япония
GP 750 mAh	670	89%	0,12	42,84	63,94	Китай
PHILIPS 700 mAh	540	77%	0,14	45,00	83,33	Китай
SAMSUNG 900 mAh	710	79%	0,12	75,39	106,18	Китай
SONY 900 mAh	830	92%/TD>	0,12	105,98	127,69	Китай

Пояснения
к аккумуляторам:

1.    
Дата
проведения экспериментов — май 2009.

2.    
«Емкость»
— измеренная емкость в миллиампер-часах.

3.    
«E/En»
— соотношение измеренной и номинальной (заявленной изготовителем) емкостей.
Данный параметр характеризует добросовестность и честность фирмы-изготовителя.

4.    
«Сопротивление»
— внутреннее сопротивление аккумулятора в омах: чем меньше, тем лучше. Малое
внутреннее сопротивление дает возможность более глубоко разряжать аккумулятор,
то есть в большей степени использовать его емкость.

5.    
«Цена»
указана для одного аккумулятора в рублях (на оптовом складе).

6.    
«Цена
ампер-часа» — соотношение цены аккумулятора в рублях к его емкости в ампер-часах.
Для аккумуляторов это не слишком важный показатель, поскольку платим один раз,
а пользуемся многократно.

7.    
«Страна»
— страна, в которой был изготовлен аккумулятор (исходя из надписи на упаковке)

8.    
Ни один
изготовитель не указал дату выпуска или срок годности на упаковке. Также нет и
достоверной информации о влиянии срока хранения на ёмкость

Выводы:

1.    
Характеристики
всех батареек более-менее одинаковы, ярких чемпионов и аутсайдеров не
обнаружено.

2.    
Широко
рекламируемые дорогие батарейки ни чем не лучше дешевых. Для повседневного
применения выгоднее покупать дешевые, изготовленные малоизвестными китайскими
фирмами. Однако для экстремальных применений, когда надежность важнее цены,
лучше использовать изделия всемирно известных брендов. Но не тех, которые
мозолят глаза по телевизору.

3.    
Батарейки
размера AA гораздо выгоднее в эксплуатации, чем ААА.

4.    
Щелочные
батарейки выгоднее использовать, чем солевые. К тому же солевые из-за их
высокого внутреннего сопротивления как правило вообще не работают в приборах с
высоким потреблением, таких как цифровые фотокамеры. Единственный вариант, при
котором приобретение солевых батареек оправдан, это однократное использование.
Например, в детскую игрушку, которая очень быстро будет поломана либо надоест.

5.    
Использовать
аккумуляторы гораздо выгоднее, чем батарейки. Но только в случае регулярного
использования, например в фотокамере, медиаплеере или тонометре. Если же
поставить их в фонарик, который используется лишь изредка, когда отключают
электроэнергию, может оказаться, что в нужный момент фонарик подведет, ибо
аккумуляторы в нем разрядились из-за саморазряда. Батарейки же, напротив,
хорошо сохраняют свой заряд несколько лет.

6.    
Чистота
контактов очень важна в приборах с высоким потреблением. Даже чистые контакты
батарейного отсека имеют сопротивление, близкое к сопротивлению самой батарейки
или аккумулятора. А если потрогать их пальцами или на клеммах остался вытекший
ранее электролит, прибор будет обречен использовать только малую часть энергии
элемента питания.

7.    
Из
собственного опыта: чем дольше хранится аккумулятор, тем меньше в нём
остаточный заряд, и тем сложнее его ввести в эксплуатацию, так как для
достижения максимальной ёмкости приходится применять весьма сложные процедуры,
доступные далеко не каждому зарядному устройству. Купив новые аккумуляторы,
следует убедиться, что упаковка не вскрывалась (что их не подзаряжали), затем
следует измерить напряжение на клеммах без нагрузки. Если оно выше 1,2 В — это
хороший показатель, «тренировка» скорее всего не потребуется. От 0,6
В до 1,2 В — аккумулятор долго хранился, потребуются тренировочные циклы. Ниже
0,6 В — лучше вернуть аккумуляторы продавцу.

Среднее
значения тока нагрузки:

Сопротивление
нагрузки:

2. Выбор вентилей

Среднее
значение тока, протекающего через
вентиль:

Максимальный
ток через вентиль:

Максимальное
обратное напряжение на вентиле

Выбираем
по каталогу тиристор «Т 141-63». Проверка
правильности выбора тиристора:

Следовательно,
тиристор выбран правильно.

3. Выбор согласующего трансформатора

Требуемая
мощность трансформатора:

Необходимое
напряжение вторичной обмотки
трансформатора:

По
расчетным данным выбираем трансформатор
«ОС-10»:

Тип	Номинальная мощность, S, кВа	Напряжение	Потери	Uк.з., %	КПД, %
Первичная обмотка, В	Вторичная обмотка, В	Хол. Ход, Вт	Кор. Зам., Вт
ОС-10	10	220	127	130	330	4.5	95

Номинальный
ток первичной обмотки трансформатора:

Полное
сопротивление фазы трансформатора:

Активное
и индуктивное сопротивления фазы
трансформатора:

Коэффициент
трансформации:

Номинальный
ток вторичной обмотки трансформатора:

4. Выбор параметров фильтров

Назначением
фильтра является снижение пульсаций
выпрямленного тока на зажимах нагрузки,
когда при максимальных углах управления
преобразователя коэффициент пульсации
на зажимах выпрямителя q₁
больше, чем это определено заданием q₂.

Для
регулируемого выпрямителя значение
коэффициента пульсаций должно
оп­ределяться при максимальном угле
управления α_max,
когда U_α
min
минимально.

Напряжение
при холостом ходе выпрямителя:

Максимальный
угол управления:

Коэффициент
пульсации на зажимах выпрямителя:

Так
как q₁=0.229
< q₂=0.60,
фильтр не нужен.

5. Определение характеристик преобразователя

Суммарное
сопротивление цепи нагрузки выпрямителя:

где
r_тр

–
активное сопротивление фазы трансформатора;

r_ф
–
активное сопротивление фильтра
(дросселя);

r₁
–
сопротивление вентиля;

R_х
–
индуктивное сопротивление фазы
трансформатора, учитывающее потерю
напряжения за счет угла коммутации γ.

Активное
сопротивление фильтра равно нулю, так
как фильтр отсутствует.

Значение
r₁
чаще всего определяется через падение
напряжения на вентиле U_a
при условии, что через вентиль протекает
постоянный по величине ток (тогда
U_a=const).

5.1. Внешняя характеристика преобразователя

Так
как U_d0
трансформатора меньше U_d,
определенного ранее, то α_min
будет
соответствовать α=0.
С учетом начального угла регулирования
α_min
построим нагрузочную характеристику
U_d
при α_min=const
и при α_max=const.

При
α=0:

При
α_max:

Вид
характеристики показан на рис. 5.1.

Рис.
5.1. Внешняя характеристика преобразователя.

5.2. Регулировочная характеристика Эта характеристика отражает закон изменения напряжения холостого хода в функции от угла управления α.

Это
выражение действительно только в
диапазоне углов управления
α,
при которых кривая выпрямленного тока
остается непрерывной (в режиме, близком
к Х_d=
).

α	0	20	40	60	75	90
Udα	161.7	152	124	80,9	42	0

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #