11 клас (II курс) Визначення ЕРС та внутрішнього опору джерела струму

11 клас (II курс) Визначення ЕРС та внутрішнього опору джерела струму   

    Завдання: експериментально визначити ЕРС і внутрішній опір хімічного джерела живлення за допомогою вольтметра і амперметра. 

Обладнання:  

•      Чотири елемента типу АА в касеті;

•      Резистори по 51Ом, 2 Вт  2 шт;

•      Мультиметр DT830B, або вольтметр на 10 В і амперметр на 500 мА (200 мА); З’єднувальні провідники. 

     Для цієї лабораторної роботи доцільно використати «Стенд для проведення лабораторних робіт- вимірювання постійного струму при послідовному, паралельному та змішаному з'єднанню опорів», який був

виготовлений раніше і має касету з чотирма елементами типу АА, ввімкненими послідовно і мають відводи від -6 В, -4,5 В, -3 В.

Для перевірки ЕРС, достатньо виміряти напругу на відводах батареї без навантаження – це і буде  напруга ЕРС, тобто електрорушійна сила, позначимо її буквою Е.

    Згідно закону Ома для повного кола з навантаженням формула буде мати такий вигляд:

Де I – сила струму в колі, яка вимірюється амперметром (мультиметром в режимі DCА) в схемах приведених на рис. 4 і рис 5.

З формули (1) знаходимо:    Е = U + Ir,  (2)                                                                       

де U = IR –  напруга на зовнішній ділянці кола, при підключенні навантаження R, – вимірюється вольтметром, або мультиметром в режимі вольтметра постійного струму - ACV.

    Виконавши два вимірювання напруги (рис. 2 і рис. 3) і сили струму (рис. 4 і рис. 4)  при  зміні навантаження кола, одержимо систему рівнянь, звідки і отримаємо r

 Щоб визначити E_{розрах.} можливо скористатись формулою (2).  Дані вимірювань і розрахунків слід записати в таблиці 1.

                                   Таблиця 1, варіант № ____

Хід роботи:

1. Ознайомитись з правилами техніки безпеки при роботі з електросхемами 2. Виміряти вольтметром (мультиметром) напругу від джерела живлення,       згідно заданого варіанту, тобто ±3 В, ±4,5 В, ±6 В. (без навантаження) і      записати отримане значення електрорушійної сили E_вим. 

3.     Виміряти вольтметром (мультиметром) напругу від джерела живлення,       згідно заданого варіанту, тобто ±3 В, ±4,5 В, ±6 В. з підключеним      навантаженням 102 Ом (два резистори по 51 Ом ввімкнені послідовно) і       отримати значення напруги U₁ (схема рис. 2).

4.     Виміряти вольтметром (мультиметром) напругу від джерела живлення,        згідно заданого варіанту, тобто ±3 В, ±4,5 В, ±6 В. з підключеним       навантаженням 51 Ом (один резистор на 51 Ом) і отримати значення       напруги U₂  (схема рис. 3).

5.     Виміряти амперметром (мультиметром) струм від джерела живлення,       згідно заданого варіанту, тобто ±3 В, ±4,5 В, ±6 В. з підключеним      навантаженням 102 Ом (два резистори по 51 Ом ввімкнені послідовно) і       отримати значення напруги I1  (схема рис. 4).

6.     Виміряти амперметром (мультиметром) струм від джерела живлення,        згідно заданого варіанту, тобто ±3 В, ±4,5 В, ±6 В. з підключеним       навантаженням 51 Ом (один резистор на 51 Ом) і отримати значення       напруги I₂  (схема рис. 5).

7.     Провести обчислення  внутрішнього опору джерела живлення r заданого      варіанту використавши формулу (4), записати формулу і розрахунок.

8.     Провести обчислення E_розрах., використавши формулу (5), записати      формулу і розрахунок.

9.     Записати дані вимірювань і розрахунків в таблицю 1.

10.  Накреслити схеми рис. 1…рис. 5.

  Вимірювання по лабораторній роботі виконується протягом 2…3-х хвилин.

Обчислення і оформлення лабораторної роботи протягом 20…25 хвилин.   

По обчисленому r можливо розрахувати струм короткого замикання – так при напрузі 6 В струм при короткому замиканні великої величини і може розплавити алюмінієву смужку. Внутрішній опір елементів типу АА невеликий, тому світлодіоди до такої батареї необхідно підключати через додатковий опір, а якщо підключити безпосередньо, то можна вивести їх з ладу.

Приклад проведення лабораторного практикума:

1.    Проведемо вимірювання напруги на батареї без навантаження – U_вим = 6,3 В.

2.    Проведемо вимірювання напруги на батареї з  навантаженням опором на       102 Ом – U₁ = 6,1 В.

3.    Проведемо вимірювання напруги на батареї з навантаженням опором  51 Ом  

       – U₂ = 5,9 В.

4.    Проведемо вимірювання струму в ланцюгу з навантаженням 102 Ом – 

   I₁ = 0,06 А.

5.    Проведемо вимірювання струму в ланцюгу з навантаженням 51 Ом – 

   I₂ = 0,116 А.

6.    Зробимо обчислення r по формулі 4, отримаємо r = 3,57 Ом.

7.    Зробимо обчислення Е по формулі 2, отримаємо Е_розр. = 6,31 В.

При виконанні лабораторного практикума можуть бути інші дані в зв’зку з тим, що батарея із «свіжих» елементів має r - невелике, а батарея після використання має значно більший внутрішній опір.

Література: 

1. Бабин Дмитро Святославович, Інтернет, 11 клас (II курс) Визначення ЕРС та       внутрішнього опору джерела струму   

https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/11-клас-ii-курс-лабораторнийпрактикум-визначення-ерс-та-внутрішнього-опору-джерела-струму/   

Автор: Бабин Дмитро Святославович