Потужність у колі постійного струму

Мета: вивчити закони виділення потужності в колах постійного струму і узгодження джерел струму з навантаженням.

1. Короткий теоретичний опис.

Будь-який реальний джерело струму має внутрішній опір. Тому при підключенні джерела струму до навантаження, тепло буде виділятися як в навантаженні, так і всередині джерела струму (на його внутрішньому опорі). На який навантаженні, підключеної до даного джерела струму, буде виділятися максимальна потужність?

Розглянемо схему, зображену на рисунку 1.

Рис.1.

Сила струму, що тече в контурі, визначається із закону Ома для повного кола:

де e - ЕРС джерела струму,

r - внутрішній опір джерела,

R - опір навантаження.

Напруга U на навантаженні R буде дорівнює:

а потужність P, яка виділяється на опорі R, буде дорівнює:

Як видно з формули (3), що виділяється на навантаженні R потужність буде мала, якщо опір навантаження R буде мало (R << r). Потужність також буде мала при дуже великому опорі навантаження (R >> r). Розрахунок показує, що максимальна потужність буде виділятися на навантаженні при рівності внутрішнього опору r і опору навантаження R = r. У цьому випадку:

2. Порядок виконання роботи.

Рис.2.

2.1. Зберіть на монтажному столі схему, показану на рис.2.

 

Виберіть значення параметрів елементів наступними:

Батарейка: e = 1.5 В; r = 10 Ом;

Реостат: R = 20 Ом

2.2. Змінюючи положення повзунка реостата, виміряйте силу струму в колі і напругу на реостате (навантаженні).

2.3. Занесіть отримані дані (опір реостата R, силу струму I і напруга U) в таблицю.

2.4. Розрахуйте потужність Р, що виділяється на навантаженні для різних значень опору реостата, за формулою P = UЧ I.

2.5. Побудуйте графік залежності потужності від опору навантаження.

2.6. Визначте з графіка значення опору навантаження, на якій виділяється максимальна потужність.

2.7. Порівняйте отримане значення з теоретичним (4). Зробіть висновки.

3. Контрольні питання.

3.1. Чому при збільшенні опору навантаження напруга на ній росте?

3.2.Поясніть, чому виділяється на навантаженні потужність мала, якщо опір навантаження сильно відрізняється від внутрішнього опору джерела? Зверніть увагу на формули для сили струму (1) і напруги (2) на навантаженні.

 

Принципи роботи плавких запобіжників в електричних ланцюгах

Мета: розрахувати запобіжники для захисту електричної мережі з напругою 220 В, живильної освітлювальні електронагрівальні прилади.

Короткий теоретичний опис.

Електричні ланцюги завжди розраховані на певну силу струму. Якщо з тієї чи іншої причини сила струму в ланцюзі стає більше допустимої, то проводи можуть нагрітися, а покриває їх ізоляція - спалахнути.

Причиною значного збільшення сили струму в мережі може бути або одночасне включення потужних споживачів струму, наприклад електричних плиток, або коротке замикання. Короткий замикання називають з'єднання кінців ділянки ланцюга провідником, опір якого дуже мало в порівнянні з опором ділянки ланцюга.

Опір ланцюга при короткому замиканні незначно, тому в ланцюзі виникає велика сила струму, дроти при цьому можуть сильно загостритися і стати причиною пожежі. Щоб уникнути цього, в мережу включають запобіжники.

Призначення запобіжників - відразу відключити лінію, якщо сила струму раптом виявиться більше допустимої норми. Розглянемо пристрій запобіжників, застосовуваних у квартирної проводки. Головна частина запобіжника - дріт з легкоплавкого металу (наприклад, з свинцю), що проходить всередині порцелянової пробки. Пробка має гвинтову нарізку і центральний контакт. Нарізка з'єднана з центральним контактом свинцевим дротом. Пробку угвинчують в патрон, що знаходиться всередині порцелянової коробки.

Свинцевий дріт представляє, таким чином, частину загальної ланцюга. Товщина свинцевих дротів розрахована так, що вони витримують певну силу струму. Якщо сила струму перевищить допустиме значення, то свинцевий дріт розплавиться і ланцюг виявиться розімкнутої.

Запобіжники з плавким провідником називають плавким запобіжником.

Плавкі запобіжники повинні забезпечувати нормальну роботу електроприймачів при тривалому проходженні по них номінального струму і негайно відключати їх при перевантаженнях і коротких замиканнях. Тому запобіжники вибирають з урахуванням наступних обставин:

номінальний струм плавкої вставки повинен задовольняти вимогу Івст.? Ір,

де Ір - розрахунковий струм на захищеному ділянці ланцюга;

2) кожен запобіжник повинен спрацьовувати лише тоді, коли відбудеться коротке замикання на ділянці ланцюга, який він захищає, тобто запобіжники повинні працювати вибірково (селективно).

Порядок виконання роботи.

Зберіть електричне коло, зображену на рисунку:

Виберіть напруга генератора мережі рівною 220 В, потужність електричних лампочок - 60 і 150 Вт, а робоча напруга - 240 Ст. Виберіть потужності електронагрівальних приладів - 600 і 1000 Вт, а робоча напруга - 240 Ст.
Визначте розрахунковий струм для кожного електроприймача за формулою. Результати занесіть у таблицю.
Розрахуйте номінальні значення струмів плавких запобіжників, що захищають окремо электроосветительную мережа (Пр.3) і мережа, що живить електронагрівальні прилади (Пр.2), а також струм для загального запобіжника (Пр.1), захищає всі електричні прилади.
Замкніть ключі К1 і К4, К5. Переконайтеся, що загорілися лампи, а запобіжники Пр.1 і Пр.3 не перегорають.
Замкніть ключі К1 і К2, К3. Переконайтеся, що нагрівачі включилися, а запобіжники Пр.1 і Пр.2 не перегорають.
Замкніть всі ключі. Переконайтеся, що всі електроприлади включилися, а всі запобіжники не перегорають.

3. Контрольні питання.

3.1. Яка мета встановлення запобіжників в електричних ланцюгах?

3.2. Як розраховується номінальний струм плавкої вставки запобіжника?

3.3. Чому правилами техніки безпеки забороняється встановлення так званих "жучків" - випадково вибраних провідників замість цілих запобіжників?