Министерство Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) им. Г.В. Плеханова Кафедра физики Лабораторная работа №5 на тему: Исследование электрической цепи источника постоянного тока.
    Выполнила Синёва Е. В.
    Проверил Фицак В.В. Санкт-Петербург 2002 г.
    Цель работы - определение электродвижущей силы источника тока (ЭДС), внутреннего сопротивления источника тока, исследование зависимостей полезной и полной мощности, развиваемых источником тока, и его коэффициента полезного действия (КПД) от нагрузочного сопротивления.
     Общие сведения
    Рассмотрим электрическую цепь, представленную на рис. 1. Допустим, что ключ К разомкнут. В этом случае электрический ток идёт только через вольтметр и источник тока. Допустим далее, что вольтметр имеет достаточно большое омическое сопротивление. Тогда током, протекающем в цепи, можно в первом приближении пренебречь. Поскольку мы пренебрегаем током в цепи, постольку отсутствует падение напряжения на внутреннем сопротивлении r источника и, как следствие, разность потенциалов на клеммах источника оказывается равной ?. Таким образом, при разомкнутом ключе вольтметр регистрирует ? - величину электродвижущей силы (ЭДС) источника тока.
    Погрешность определения величины ? по данной методике возникает по двум причинам: 1. используемый для измерения вольтметр обладает ограниченной точностью; 2. через источник тока и вольтметр всё же течёт некоторый малый ток, который вызывает падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника, и поэтому показания вольтметра будут несколько меньше величины ?.
    Теперь допустим, что ключ К замкнут. В этом случае через внешнее сопротивление R пойдёт электрический ток, сила которого определяется законом Ома для замкнутой цепи:
    (1)
    Прохождение электрического тока в цепи вызывает падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока, равное Ir. Поэтому показание вольтметра U будут меньше ЭДС источника на величину падения на внутреннем сопротивлении:
    В последнем соотношении все величины, кроме внутреннего сопротивления, известны из измерений и поэтому величина r и падение напряжения на внутреннем сопротивлении, равное Ir, могут быть рассчитаны.
    Рассмотрим теперь конкретные режимы работы источника тока. Исходя из закона Ома (1), можно показать, что ток в замкнутой цепи достигает наибольшего значения, равного , при R=0. Этот режим работы источника режимом короткого замыкания. Если наоборот, сопротивление внешней цепи R??, то ток асимптотически стремится к нулю. Такой режим называется режимом холостого хода. В этом случае, как было показано ранее, разность потенциалов между клеммами источника равна ЭДС.
    Отметим также, что разность потенциалов U на клеммах источника одновременно является и падением напряжения на внешнем сопротивлении (см. рис. 1) и поэтому по закону Ома для участка цепи
    (2)
    Так как сила тока I и разность потенциалов U измеряются приборами, задействованными в электрической цепи, то по соотношению (2) может быть определена величина внешнего (нагрузочного) сопротивления R. Таким образом, по измерениям в режимах разомкнутого и замкнутого ключа K могут быть определены как параметры источника тока ? и r, так и величина внешнего сопротивления R.
    Рассмотрим также замкнутую электрическую цепь с точки зрения развиваемой источником мощности. ............