Измерение эдс источника тока при разомкнутом ключе

Измерение эдс и внутреннего сопротивления источника тока

Научиться измерять ЭДС источника тока и косвенными измерениями определять его внутреннее сопротивление.

Аккумулятор или батарейка для карманного фонаря, вольтметр, амперметр, реостат, ключ.

Указания к работе

При разомкнутом ключе (рис. Л.9) ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого R_B должно быть много больше внутреннего сопротивления r источника тока. Обычно сопротивление источника тока достаточно мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать школьный вольтметр со шкалой 0—6 В и сопротивлением R_B = 900 Ом (см. надпись под шкалой прибора). Так как R_B >> r, отличие Ε от U не превышает десятых долей процента, а потому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения. Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенным путём, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе. Действительно, из закона Ома для полной цепи (см. § 106) получаем Ε = U + Ir, где U = IR — напряжение на внешней цепи (R — сопротивление реостата). Поэтому Для измерения силы тока в цепи можно использовать школьный амперметр со шкалой 0—2 А. Максимальные погрешности измерений внутреннего сопротивления источника тока определяются по формулам

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте бланк отчёта со схемой электрической цепи и таблицами 13 и 14 для записи результатов измерений и вычислений.

2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку Л.9. Проверьте надёжность электрических контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.

3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

4. Измерьте ЭДС источника тока.

5. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе для трёх положений движка реостата и вычислите гпр. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 13.

6. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов. Занесите все данные в таблицу 14.

7. Запишите результаты измерений ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока:

Источник

ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА

Цель работы:

изучить метод измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.

Оборудование:

металлический планшет • источник тока • амперметр • вольтметр

• резистор • ключ • зажимы • соединительные провода.

Для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собирают электрическую цепь, схема которой показана на рисунке 1.

К источнику тока подключают амперметр, сопротивление и ключ, соединенные последовательно. Кроме того, непосредствен­но к выходным гнездам источника подключают еще и вольтметр.

ЭДС измеряют по показанию вольтметра при разомкнутом ключе. Этот прием определения ЭДС основан на следствии из за­кона Ома для полной цепи, согласно которому при бесконечно большом сопротивлении внешней цепи напряжение на зажимах источника равно его ЭДС. (См. параграф «Закон Ома для полной цепи» учебника «Физика 10»).

Для определения внутреннего сопротивления источника за­мыкают ключ К. При этом в цепи можно условно выделить два

участка: внешний (тот, который подключен к источнику) и внутренний (тот, который находится внутри источника тока). Поскольку ЭДС источника равна сумме падения напряжений на внутрен­нем и внешнем участках цепи:

По закону Ома для участка цепи U_r = Ir (2). Подставив равенство (2) в (1) получают

I*r = E — uk , откуда r = (3).

Следовательно, чтобы узнать внутреннее сопротивление источника тока, необходимо пред­варительно определить его ЭДС, затем замкнуть ключ и измерить падение напряжения на внеш­нем сопротивлении, а также силу тока в нем.

Ход работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

E , B

UR ,B

I ,А

r , Ом

2. Начертите в тетради схему для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

3. После проверки схемы соберите электрическую цепь. Ключ разомкните.

4. Измерьте величину ЭДС источника.

5. Замкните ключ и определите показания амперметра и вольтм

6. Вычислите внутреннее сопротивление источника.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА

ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы:

Оборудование:

изучить измерения ЭДС, внутреннего сопротивления и тока короткого замы­кания источника тока, основанный на анализе графика зависимости напряже­ния на выходе источника от силы тока в цепи.

• гальванический элемент • амперметр • вольтметр • резистор r₁

• переменный резистор • ключ • зажимы • металлический планшет

Из закона Ома для полной цепи следует, что напряжение на выходе источника тока зависит прямо пропорционально от силы тока в цепи: Е

так как I = , то IR + Ir = Е, но IR = U, откуда U + Ir = Е или U = Е — Ir (1).

Если построить график зависимости U от I, то по его точкам пересечения с осями координат можно определить Е, I _к._з. -силу тока короткого замыкания (ток, который потечет в цепи источни­ка, когда внешнее сопротивление R станет равным нулю).

ЭДС определяют по точке пересечения графика с осью напряжений. Эта точка графика со­ответствует состоянию цепи, при котором ток в ней отсутствует и, следовательно, U = Е.

Силу тока короткого замыкания определяют по точке пересечения графика с осью токов. В этом случае внешнее сопротивление R = 0 и, следовательно, напряжение на выходе источника U = 0.

Внутреннее сопротивление источника находят по тангенсу угла наклона графика относи­тельно оси токов. (Сравните формулу (1) с математической функцией вида У = АХ +В и вспомни­те смысл коэффициента при X).

Ход работы

1. Исходя из перечня оборудования, рекомендованного для выполнения работы, составьте схем установки для исследования зависимости напряжения на выходе источника тока от силы toi в цепи.

2. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

U(_B)

I(A)

После проверки схемы преподавателем соберите электрическую цепь. Ползунок переменного резистора установите в положение, при котором сопротивление цепи, подключенной к источ­нику тока, будет максимальным.

4. Определите значение силы тока в цепи и напряжение на зажимах источника при максимальной величине сопротивления переменного резистора. Данные измерений занесите в таблицу.

5. Повторите несколько раз измерения силы тока и напряжения, уменьшая всякий раз величину переменного сопротивления так, чтобы напряжение на зажимах источника уменьшалось на 0,1В. Измерения прекратите, когда сила тока в цепи достигнет значения в 1А.

6. Нанесите полученные в эксперименте точки на график. Напряжение откладывайте по верти­кальной оси, а силу тока — по горизонтальной. Проведите по точкам прямую линию.

7. Продолжите график до пересечения с осями координат и определите величины Е и I _к.₃.

8. Измерьте ЭДС источника, подключив вольтметр к его выводам при разомкнутой внешней це­пи. Сопоставьте значения ЭДС, полученные двумя способами, и укажите причину возможного расхождения результатов.

9. Определите внутреннее сопротивление источника тока. Для этого вычислите тангенс угла на­клона построенного графика к оси токов. Так как тангенс угла в прямоугольном треугольнике равен отношению противолежащего катета к прилежащему, то практически это можно сделать, найдя отношение Е /I _к.₃..

Источник

ИНФОФИЗ — мой мир.

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Как сказал.

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Список лекций по физике за 1,2 семестр

Урок 31. Лабораторная работа № 08. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Лабораторная работа № 8

Тема: «Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока ».

Цель: научиться определять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.

Оборудование: 1. Амперметр лабораторный;

2. Источник электрической энергии;

3. Соединительные провода,

4. Набор сопротивлений 2 Ом и 4 Ом;

5. Переключатель однополюсный; ключ.

Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами.

Силы неэлектрического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q внутри источника тока к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах [В].

Чтобы измерить ЭДС источника, надо присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи .

Источник тока является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это сопротивление называют внутренним сопротивлением источника и обозначают r.

Если цепь разомкнута, то работа сторонних сил превращается в потенциальную энергию источника тока. При замкнутой цепи эта потенциальная энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней цепи с сопротивлением R и во внутренней части цепи с сопротивлением r , т.е. ε = IR + Ir .

Если цепь состоит из внешней части сопротивлением R и внутренней сопротивлением r, то, согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника будет равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т.к. при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение , где IR – напряжение на внешнем участке цепи, а Ir — напряжение на внутреннем участке цепи.

Таким образом, для участка цепи, содержащего ЭДС:

Эта формула выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

ε и r можно определить опытным путем.

Часто источники электрической энергии соединяют между собой для питания цепи. Соединение источников в батарею может быть последовательным и параллельным.

При последовательном соединении два соседних источника соединяются разноименными полюсами.

Т.е., для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

1. ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников ε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . Общее сопротивление батареи источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников r батареи= r 1 + r 2 + r 3

Если в батарею соединены n одинаковых источников, то ЭДС батареи ε= nε_1, а сопротивление r_{батареи}= nr₁

3. Сила тока в такой цепи по закону Ома

При параллельном соединении соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы двух или n источников.

Т.е., при параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Параллельно соединяют только источники с одинаковой ЭДС. Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

1. ЭДС батареи одинаковых источников равна ЭДС одного источника. ε= ε 1= ε 2 = ε 3

2. Сопротивление батареи меньше, чем сопротивление одного источника r батареи= r 1/n
3. Сила тока в такой цепи по закону Ома

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому т.к.при параллельном соединении емкость аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов, т.е увеличивается, то внутреннее сопротивление уменьшается.

Источник

Лабораторная работа по теме «Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения»

Методические рекомендации по выполнению

«Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения»

Цель работы: определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника напряжения.

Оборудование: методические рекомендации по выполнению лабораторной работы, калькулятор, линейка, карандаш, амперметр, вольтметр, источник напряжения, ключ, соединительные провода, реостат.

Ознакомление с правилами техники безопасности: ТБ

Содержание и последовательность выполнения заданий:

1. Выполнить задание №А

2. Сделать вывод о проделанной лабораторной работе.

3. Дополнительные задания по расчету относительной и абсолютной погрешности.

4. Ответить на контрольные вопросы.

Методические рекомендации по выполнению и оформлению лабораторной работы

1. Выполнить задание №А.

Задание №А: Вычислите ЭДС источника для этого:

1. Соберите цепь по схеме (рис.1):

2. Замкните цепь.

3.Установив, ползунок реостата примерно по середине, измерьте силу тока и напряжение, запишите полученные значения: I 1 = U 1 =

3. Передвинув, ползунок реостата, вновь измерьте силу тока и напряжение, запишите полученные значения: I 2 = U 2 =

4. Вычислите ЭДС и внутреннее сопротивление.

Из формулы: ,

Для двух различных значений R 1 и R 2 получаем:

Откуда , следовательно: , и .

5. Отключите внешнюю цепь, измерьте ЭДС вольтметром, сравните с вычисленным значением (запишите ответ).

2. Сделать вывод о проделанной лабораторной работе.

3. Дополнительные задания по расчету относительной и абсолютной погрешности.

1. Пользуясь методом оценки погрешности косвенных измерений найдите:

2. Найдите среднее значение rср и абсолютную погрешность по формулам

3. Определите относительную погрешность измерений:

4. Запишите результат в виде:

4. Ответить на контрольные вопросы.

Дайте ответы на вопросы:

Что измеряет вольтметр, присоединенный к источнику при разомкнутом ключе:

Падение напряжения на сопротивлении вольтметра

Падение напряжения во внешней цепи.

Что измеряет вольтметр при замкнутом ключе:

Приблизительно ЭДС источника.

Падение напряжения на сопротивлении вольтметра

Падение напряжения во внешней цепи.

Как можно увеличить точность измерений

Использовать вольтметр с большим внутренним сопротивлением

Использовать вольтметр с меньшим внутренним сопротивлением

Использовать в роботе амперметр и вольтметр более высокого класса точности.

После выполнения лабораторной работы студент:

Должен знать: Закон Ома для полной цепи. Определение постоянного тока. Назначение источников электрической энергии. Физический смысл эдс.

Должен уметь: Опытным путем определять эдс и внутреннее сопротивление источника.

1. Конспект – повторить по теме: «Закон Ома для полной цепи. ЭДС источника напряжения.

Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца. Применение теплового действия тока».

2. Проверить решение задачи: Рымкевич А.П. Задачник 8-9 классы – Москва «Дрофа»,

№ 793 На цоколе лампочки карманного фонаря написано: 3,5В, 0,28А. Найти сопротивление в рабочем ре­жиме и потребляемую мощность. На баллоне сетевой лампы накали­вания написано: 220 В, 60 Вт. Найти силу тока и сопротивление в ра­бочем режиме.

Источник