منبع فعلی emf و مقاومت داخلی آن است. مقاومت داخلی
8.5. اثر حرارتی جریان
8.5.1. برق منبع فعلی
توان کل منبع فعلی:
P کل = P مفید + P ضرر،
که در آن P مفید - قدرت مفید، P مفید = I 2 R; تلفات P - تلفات توان، تلفات P = I 2 r; I - قدرت جریان در مدار؛ R - مقاومت بار (مدار خارجی)؛ r مقاومت داخلی منبع جریان است.
توان کل را می توان با استفاده از یکی از سه فرمول محاسبه کرد:
P کامل = I 2 (R + r)، P کامل = ℰ 2 R + r، P کامل = I ℰ،
که در آن ℰ نیروی الکتروموتور (EMF) منبع جریان است.
قدرت خالص- این توانی است که در مدار خارجی آزاد می شود، یعنی. بر روی یک بار (مقاومت)، و می تواند برای برخی اهداف استفاده شود.
توان خالص را می توان با استفاده از یکی از سه فرمول محاسبه کرد:
P مفید = I 2 R، P مفید = U 2 R، P مفید = IU،
جایی که I قدرت جریان در مدار است. U ولتاژ در پایانه ها (گیره ها) منبع جریان است. R - مقاومت بار (مدار خارجی).
از دست دادن توان، توانی است که در منبع فعلی آزاد می شود، یعنی. در مدار داخلی، و صرف فرآیندهایی می شود که در خود منبع اتفاق می افتد. از اتلاف برق نمی توان برای اهداف دیگری استفاده کرد.
تلفات برق معمولاً با استفاده از فرمول محاسبه می شود
تلفات P = I 2 r،
جایی که I قدرت جریان در مدار است. r مقاومت داخلی منبع جریان است.
در طول یک اتصال کوتاه، توان مفید به صفر می رسد
P مفید = 0،
از آنجایی که مقاومت بار در مورد اتصال کوتاهوجود ندارد: R = 0.
مجموع توان در طول اتصال کوتاه منبع با تلفات قدرت مطابقت دارد و با استفاده از فرمول محاسبه می شود
P کامل = ℰ 2 r،
که در آن ℰ نیروی الکتروموتور (EMF) منبع جریان است. r مقاومت داخلی منبع جریان است.
قدرت مفید دارد حداکثر مقداردر صورتی که مقاومت بار R برابر با مقاومت داخلی r منبع جریان باشد:
R = r.
حداکثر توان مفید:
حداکثر P مفید = 0.5 P کامل،
جایی که P پر است - قدرت کاملمنبع فعلی؛
P کامل = ℰ 2/2 r. فرمول صریح برای محاسبهحداکثر توان مفید
به نظر می رسد این است:
P حداکثر مفید = ℰ 2 4 r .
- برای ساده کردن محاسبات، یادآوری دو نکته مفید است: اگر با دو مقاومت بار R 1 و R 2 همان توان مفید در مدار آزاد شود، آنگاهمنبع جریان r با فرمول به مقاومت های نشان داده شده مربوط می شود
r = R 1 R 2 ;
- اگر حداکثر توان مفید در مدار آزاد شود، جریان I * در مدار نصف جریان اتصال کوتاه i است:
I * = i 2 .
مثال 15. هنگامی که یک باتری از سلول ها به مقاومت 5.0 اهم اتصال کوتاه می کند، جریان 2.0 A تولید می کند. جریان اتصال کوتاه باتری 12 A است. حداکثر توان مفید باتری را محاسبه کنید.
راه حل . اجازه دهید وضعیت مشکل را تجزیه و تحلیل کنیم.
1. هنگامی که یک باتری به مقاومت R1 = 5.0 اهم متصل می شود، جریانی با قدرت I 1 = 2.0 A در مدار جریان می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. a که توسط قانون اهم برای مدار کامل تعیین می شود:
I 1 = ℰ R 1 + r،
جایی که ℰ - EMF منبع فعلی؛ r مقاومت داخلی منبع جریان است.
2. همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگامی که باتری اتصال کوتاه می کند، جریان اتصال کوتاه در مدار جریان می یابد. ب جریان اتصال کوتاه با فرمول تعیین می شود
جایی که i جریان اتصال کوتاه است، i = 12 A.
3. هنگامی که یک باتری به مقاومت R 2 = r متصل می شود، جریان نیروی I 2 در مدار جریان می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. در، توسط قانون اهم برای مدار کامل تعیین می شود:
I 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;
در این حالت حداکثر توان مفید در مدار آزاد می شود:
P مفید حداکثر = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.
بنابراین، برای محاسبه حداکثر توان مفید، لازم است مقاومت داخلی منبع جریان r و قدرت جریان I 2 تعیین شود.
برای یافتن قدرت فعلی I 2، سیستم معادلات را می نویسیم:
i = ℰ r , I 2 = ℰ 2 r )
و معادلات را تقسیم کنید:
i I 2 = 2 .
از این نتیجه می شود:
I 2 = i 2 = 12 2 = 6.0 A.
برای یافتن مقاومت داخلی منبع r، سیستم معادلات را می نویسیم:
I 1 = ℰ R 1 + r، i = ℰ r)
و معادلات را تقسیم کنید:
I 1 i = r R 1 + r .
از این نتیجه می شود:
r = I 1 R 1 i - I 1 = 2.0 ⋅ 5.0 12 - 2.0 = 1.0 اهم.
بیایید حداکثر توان مفید را محاسبه کنیم:
P حداکثر مفید = I 2 2 r = 6.0 2 ⋅ 1.0 = 36 W.
بنابراین حداکثر توان قابل استفاده باتری 36 وات است.
در انتهای هادی و در نتیجه جریان، وجود نیروهای خارجی با ماهیت غیر الکتریکی ضروری است که با کمک آنها جداسازی بارهای الکتریکی اتفاق می افتد.
توسط نیروهای خارجیهر نیرویی است که بر ذرات باردار الکتریکی در مدار وارد می شود، به استثنای الکترواستاتیک (به عنوان مثال، کولن).
نیروهای شخص ثالث ذرات باردار را در تمام منابع جریان به حرکت در می آورند: در ژنراتورها، نیروگاه ها، سلول های گالوانیکی، باتری ها و غیره.
وقتی مدار بسته می شود، ایجاد می کند میدان الکتریکیدر تمام هادی های مدار در داخل منبع جریان، بارها تحت تأثیر نیروهای خارجی در برابر نیروهای کولن حرکت می کنند (الکترون ها از یک الکترود با بار مثبت به یک الکترود منفی حرکت می کنند)، و در بقیه مدار توسط یک میدان الکتریکی رانده می شوند (شکل بالا را ببینید).
در منابع جاری، در طول فرآیند جداسازی ذرات باردار، یک تبدیل رخ می دهد انواع مختلفانرژی تبدیل به الکتریسیته بر اساس نوع انرژی تبدیل شده، آنها را تشخیص می دهند انواع زیرنیروی الکتروموتور:
- الکترواستاتیک- در دستگاه الکتروفور که در آن انرژی مکانیکی با اصطکاک به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
- ترموالکتریک- در یک عنصر حرارتی - انرژی داخلی اتصال گرم دو سیم ساخته شده از فلزات مختلف به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
- فتوولتائیک- در فتوسل در اینجا تبدیل انرژی نور به انرژی الکتریکی اتفاق می افتد: هنگامی که مواد خاصی روشن می شوند، به عنوان مثال، سلنیوم، اکسید مس (I)، سیلیکون، از دست دادن بار الکتریکی منفی مشاهده می شود.
- شیمیایی- در سلول های گالوانیکی، باتری ها و سایر منابعی که در آنها انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
نیروی محرکه الکتریکی (EMF)- ویژگی های منابع جاری مفهوم EMF توسط G. Ohm در سال 1827 برای مدارهای جریان مستقیم معرفی شد. در سال 1857، Kirchhoff EMF را به عنوان کار نیروهای خارجی در هنگام انتقال یک بار الکتریکی در طول یک مدار بسته تعریف کرد:
ɛ = A st /q,
کجا ɛ - EMF منبع فعلی، یک خیابان- کار نیروهای خارجی، q- مبلغ شارژ منتقل شده
نیروی محرکه الکتریکی بر حسب ولت بیان می شود.
ما می توانیم در مورد نیروی الکتروموتور در هر بخشی از مدار صحبت کنیم. این کار ویژه نیروهای خارجی (کار برای جابجایی یک بار واحد) نه در کل مدار، بلکه فقط در یک منطقه معین است.
مقاومت داخلی منبع جریان.
اجازه دهید یک مدار بسته ساده متشکل از یک منبع جریان (به عنوان مثال، یک سلول گالوانیکی، باتری یا ژنراتور) و یک مقاومت با مقاومت وجود داشته باشد. آر. جریان در مدار بسته هیچ جا قطع نمی شود، بنابراین در داخل منبع جریان نیز وجود دارد. هر منبع نشان دهنده مقداری مقاومت در برابر جریان است. نام دارد مقاومت داخلی منبع جریانو با نامه مشخص می شود r.
در ژنراتور r- این مقاومت سیم پیچ است، در یک سلول گالوانیکی - مقاومت محلول الکترولیت و الکترودها.
بنابراین، منبع جریان با مقادیر EMF و مقاومت داخلی مشخص می شود که کیفیت آن را تعیین می کند. به عنوان مثال، ماشین های الکترواستاتیک دارای EMF بسیار بالایی هستند (تا ده ها هزار ولت)، اما در عین حال مقاومت داخلی آنها بسیار زیاد است (تا صدها مگا اهم). بنابراین برای تولید جریان های زیاد نامناسب هستند. سلول های گالوانیک دارای EMF تقریباً 1 ولت هستند، اما مقاومت داخلی نیز کم است (تقریباً 1 اهم یا کمتر). این به آنها اجازه می دهد تا جریان های اندازه گیری شده در آمپر را بدست آورند.
قانون اهم برای یک مدار کامل که تعریف آن مربوط به مقدار است جریان الکتریکیدر مدارهای واقعی به منبع جریان و مقاومت بار بستگی دارد. این قانون همچنین نام دیگری دارد - قانون اهم برای مدارهای بسته. اصل عملکرد این قانون به شرح زیر است.
به عنوان بیشترین مثال سادهیک لامپ الکتریکی که مصرف کننده جریان الکتریکی است به همراه یک منبع جریان چیزی جز یک منبع بسته نیست. این مدار الکتریکی به وضوح در شکل نشان داده شده است.
جریان الکتریکی که از یک لامپ عبور می کند از خود منبع جریان نیز عبور می کند. بنابراین، جریان در حین عبور از مدار، مقاومت نه تنها هادی، بلکه مقاومت مستقیم خود منبع جریان را نیز تجربه خواهد کرد. در منبع، مقاومت توسط الکترولیت واقع بین صفحات و لایه های مرزی صفحات و الکترولیت ایجاد می شود. نتیجه این است که در یک مدار بسته، مقاومت کل آن از مجموع مقاومت های لامپ و منبع جریان تشکیل می شود.
مقاومت بیرونی و داخلی
مقاومت بار، در این مورد یک لامپ، متصل به منبع جریان، مقاومت خارجی نامیده می شود. مقاومت مستقیم منبع جریان را مقاومت داخلی می نامند. برای بیشتر تصویر بصریفرآیند، تمام مقادیر باید به صورت مشروط تعیین شوند. I -، R - مقاومت خارجی، r - مقاومت داخلی. هنگامی که جریان از یک مدار الکتریکی عبور می کند، برای حفظ آن، باید یک اختلاف پتانسیل بین انتهای مدار خارجی وجود داشته باشد که دارای مقدار IxR است. با این حال، جریان جریان در مدار داخلی نیز مشاهده می شود. به این معنی که برای حفظ جریان الکتریکی در مدار داخلی، اختلاف پتانسیل در انتهای مقاومت r نیز ضروری است. مقدار این اختلاف پتانسیل برابر با Iхr است.
نیروی الکتروموتور باتری
باتری باید دارای مقدار نیروی الکتروموتور زیر باشد که بتواند جریان مورد نیاز در مدار را حفظ کند: E=IxR+Ixr. از فرمول می توان دریافت که نیروی الکتروموتور باتری مجموع نیروی خارجی و داخلی است. مقدار فعلی باید از براکت ها خارج شود: E=I(r+R). در غیر این صورت می توانید تصور کنید: I=E/(r+R) . دو فرمول آخر قانون اهم را برای یک مدار کامل بیان می کند که تعریف آن به شرح زیر است: در مدار بسته، شدت جریان با نیروی الکتروموتور نسبت مستقیم و با مجموع مقاومت های این مدار نسبت معکوس دارد.
منبع وسیله ای است که انرژی مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و برخی از اشکال دیگر را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. به عبارت دیگر منبع یک عنصر شبکه فعال است که برای تولید برق طراحی شده است. انواع مختلفمنابع موجود در شبکه برق، منابع ولتاژ و منابع جریان هستند. این دو مفهوم در الکترونیک با یکدیگر متفاوت هستند.
منبع ولتاژ ثابت
منبع ولتاژ دستگاهی با دو قطب است که ولتاژ آن در هر زمان ثابت است و جریان عبوری از آن هیچ تاثیری ندارد. چنین منبعی با داشتن مقاومت داخلی صفر ایده آل خواهد بود. در شرایط عملی نمی توان آن را به دست آورد.
الکترون اضافی در قطب منفی منبع ولتاژ و کمبود الکترون در قطب مثبت جمع می شود. حالات قطب ها توسط فرآیندهای درون منبع حفظ می شوند.
باتری ها
باتری ها انرژی شیمیایی را در داخل ذخیره می کنند و می توانند آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. باتری ها قابل شارژ نیستند که این نقطه ضعف آنهاست.
باتری ها
باتری های قابل شارژ باتری های قابل شارژ هستند. هنگام شارژ، انرژی الکتریکی در داخل به عنوان انرژی شیمیایی ذخیره می شود. در حین تخلیه، فرآیند شیمیایی در جهت مخالف اتفاق می افتد و انرژی الکتریکی آزاد می شود.
مثال ها:
- سلول باتری سرب اسید. از الکترودهای سرب و مایع الکترولیتی به شکل اسید سولفوریک رقیق شده با آب مقطر ساخته شده است. ولتاژ هر سلول حدود 2 ولت است. در باتری های خودرو، 6 سلول معمولاً در یک مدار سری به هم متصل می شوند و ولتاژ حاصل در پایانه های خروجی 12 ولت است.
- باتری های نیکل کادمیوم، ولتاژ سلولی - 1.2 ولت.
مهم!برای جریان های کوچک، باتری ها و آکومولاتورها را می توان تقریب خوبی از منابع ولتاژ ایده آل در نظر گرفت.
منبع ولتاژ AC
برق در نیروگاه ها با استفاده از ژنراتور تولید می شود و پس از تنظیم ولتاژ به مصرف کننده منتقل می شود. ولتاژ AC شبکه خانگی 220 ولت در منابع تغذیه مختلف دستگاه های الکترونیکیهنگام استفاده از ترانسفورماتور به راحتی به مقدار کمتری تبدیل می شود.
منبع فعلی
بر اساس قیاس، همانطور که یک منبع ولتاژ ایده آل یک ولتاژ ثابت در خروجی ایجاد می کند، وظیفه یک منبع جریان تولید یک مقدار جریان ثابت است که به طور خودکار ولتاژ مورد نیاز را کنترل می کند. به عنوان مثال ترانسفورماتور جریان (سیم پیچ ثانویه)، فتوسل، جریان کلکتور ترانزیستورها می باشد.
محاسبه مقاومت داخلی منبع ولتاژ
منابع ولتاژ واقعی مقاومت الکتریکی خاص خود را دارند که به آن "مقاومت داخلی" می گویند. بار متصل به پایانه های منبع به عنوان "مقاومت خارجی" تعیین می شود - R.
یک باتری از باتری ها EMF تولید می کند:
ε = E/Q، که در آن:
- E – انرژی (J)؛
- Q – شارژ (C).
مجموع emf یک سلول باتری ولتاژ مدار باز آن در زمانی است که بار وجود ندارد. با استفاده از مولتی متر دیجیتال می توان آن را با دقت خوبی بررسی کرد. اختلاف پتانسیل اندازه‌گیری شده در پایانه‌های خروجی باتری زمانی که به مقاومت بار متصل می‌شود کمتر از ولتاژ آن در هنگام باز بودن مدار خواهد بود، به دلیل جریان جریان از طریق بار خارجی و از طریق مقاومت داخلی منبع، این منجر به اتلاف انرژی در آن به عنوان تابش حرارتی می شود.
مقاومت داخلی یک باتری شیمیایی بین کسری از اهم و چند اهم است و عمدتاً به دلیل مقاومت مواد الکترولیتی مورد استفاده در ساخت باتری است.
اگر یک مقاومت با مقاومت R به باتری متصل شود، جریان در مدار I = ε/(R + r) است.
مقاومت داخلی یک مقدار ثابت نیست. تحت تأثیر نوع باتری (قلیایی، سرب اسیدی و غیره) قرار می گیرد و بسته به مقدار بار، دما و مدت زمان استفاده از باتری تغییر می کند. به عنوان مثال، در باتری های یکبار مصرف، مقاومت داخلی در هنگام استفاده افزایش می یابد و بنابراین ولتاژ کاهش می یابد تا به حالتی برسد که برای استفاده بیشتر نامناسب است.
اگر emf منبع یک مقدار از پیش تعیین شده باشد، مقاومت داخلی منبع با اندازه گیری جریان عبوری از مقاومت بار تعیین می شود.
- از آنجایی که مقاومت داخلی و خارجی در مدار تقریبی به صورت سری به هم وصل شده اند، می توانید از قوانین اهم و کیرشهوف برای اعمال فرمول استفاده کنید:
- از این عبارت r = ε/I - R.
مثال.یک باتری با emf شناخته شده ε = 1.5 ولت به صورت سری با یک لامپ متصل می شود. افت ولتاژ در سراسر لامپ 1.2 ولت است. بنابراین، مقاومت داخلی المنت افت ولتاژ ایجاد می کند: 1.5 - 1.2 = 0.3 V. مقاومت سیم ها در مدار ناچیز در نظر گرفته می شود، مقاومت لامپ نیست. شناخته شده است. جریان اندازه گیری شده عبوری از مدار: I = 0.3 A. تعیین مقاومت داخلی باتری ضروری است.
- طبق قانون اهم، مقاومت لامپ R = U/I = 1.2/0.3 = 4 اهم است.
- حال طبق فرمول محاسبه مقاومت داخلی r = ε/I - R = 1.5/0.3 - 4 = 1 اهم.
در صورت اتصال کوتاه، مقاومت خارجی تقریباً به صفر می رسد. جریان را فقط می توان با مقاومت کوچک منبع محدود کرد. جریان تولید شده در چنین شرایطی به قدری قوی است که ممکن است منبع ولتاژ در اثر حرارتی جریان آسیب ببیند و خطر آتش سوزی وجود داشته باشد. با نصب فیوزها به عنوان مثال در مدارهای باتری خودرو از خطر آتش سوزی جلوگیری می شود.
مقاومت داخلی منبع ولتاژ – عامل مهم، هنگام تصمیم گیری در مورد نحوه انتقال کارآمدترین نیرو به یک دستگاه الکتریکی متصل.
مهم!حداکثر انتقال توان زمانی اتفاق می افتد که مقاومت داخلی منبع برابر با مقاومت بار باشد.
با این حال، در این شرایط، با به خاطر سپردن فرمول P = I² x R، مقدار یکسانی از انرژی به بار منتقل شده و در خود منبع تلف می شود و بازده آن تنها 50٪ است.
برای تصمیم گیری باید الزامات بار را به دقت در نظر گرفت بهترین استفادهمنبع به عنوان مثال، یک باتری سرب اسیدی خودرو باید جریان های بالایی را با ولتاژ نسبتا کم 12 ولت ارائه کند. مقاومت داخلی پایین آن به آن اجازه می دهد این کار را انجام دهد.
در برخی موارد، منابع تغذیه ولتاژ بالاباید مقاومت داخلی بسیار بالایی داشته باشد تا جریان اتصال کوتاه را محدود کند.
ویژگی های مقاومت داخلی منبع جریان
یک منبع جریان ایده آل دارای مقاومت بی نهایت است، اما برای منابع واقعی می توان یک نسخه تقریبی را تصور کرد. مدار الکتریکی معادل یک مقاومت متصل به منبع به صورت موازی و یک مقاومت خارجی است.
جریان خروجی از منبع جریان به صورت زیر توزیع می شود: بخشی از جریان از طریق بالاترین مقاومت داخلی و از طریق مقاومت بار کم عبور می کند.
جریان خروجی مجموع جریان های مقاومت داخلی و بار Io = In + Iin خواهد بود.
معلوم می شود:
در = Iо - Iin = Iо - Un/r.
این رابطه نشان می‌دهد که وقتی مقاومت داخلی منبع جریان افزایش می‌یابد، جریان عبوری از آن بیشتر کاهش می‌یابد و مقاومت بار دریافت می‌کند. بیشتر ازجاری جالب اینجاست که ولتاژ بر مقدار جریان تاثیر نمی گذارد.
ولتاژ خروجی منبع واقعی:
Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). به این مقاله امتیاز دهید:
هدف: به طور تجربی emf و مقاومت داخلی منبع جریان را محاسبه کنید.
تجهیزات: منبع انرژی الکتریکی، آمپرمتر، ولت متر، رئوستات (6 تا 8 اهم)، کلید، سیم های اتصال.
مقداری که از نظر عددی برابر با کار نیروهای خارجی در هنگام جابجایی بار واحد در داخل منبع جریان است، نیروی حرکتی منبع جریان نامیده می شود. ε, از قانون اهم:
جایی که I جریان دارد، U ولتاژ است.
در SI ε بیان شده در ولت (V).
نیروی الکتروموتور و مقاومت داخلی منبع جریان را می توان به صورت تجربی تعیین کرد.
دستور کار
1. قیمت تقسیم ترازو را تعیین کنید ابزار اندازه گیری.
2. طبق نمودار نشان داده شده در شکل یک مدار الکتریکی بسازید. 1
3. پس از بررسی مدار توسط معلم، کلید را ببندید و با استفاده از یک رئوستات، قدرت جریان مربوط به چندین تقسیم مقیاس آمپرمتر را تنظیم کنید، ولت متر و آمپرمتر را قرائت کنید.
4. آزمایش را 2 بار تکرار کنید، قدرت جریان مدار را با استفاده از رئوستات تغییر دهید.
5. داده های به دست آمده را در جدول 1 بنویسید.
شکل 4.10 - طرح آزمایشی
| № | ولتاژ در قسمت خارجی مدار U, V | قدرت جریان در مدار I, A | مقاومت داخلی r، اهم | مقدار متوسط مقاومت داخلی r avg، اهم | EMF e، V | میانگین emf e c p, V | ||
جدول 1 - داده های تجربی
1. نتایج اندازه گیری را با معادله 1 جایگزین کنید و سیستم معادلات را حل کنید:
مقاومت داخلی منبع را با استفاده از فرمول های زیر تعیین کنید:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. داده ها را در جدول 1 بنویسید.
5- نتیجه گیری کنید
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1. جوهر جسمانی چیست مقاومت الکتریکی?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. نقش منبع جریان در مدار الکتریکی چیست؟
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. معنای فیزیکی EMF چیست؟ ولت را تعریف کنید
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. ولتاژ در پایانه های منبع جریان به چه چیزی بستگی دارد؟
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. با استفاده از نتایج اندازه گیری های انجام شده، مقاومت مدار خارجی را تعیین کنید.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
گزارش در کار آزمایشگاهی №__________
دانش آموز گروه _________________
نام کامل _________________________________________________________________
موضوع: بررسی وابستگی توان جریان الکتریکی یک لامپ انفلکس به ولتاژ
هدف: تسلط بر روش اندازه گیری توان مصرفی یک دستگاه الکتریکی، بر اساس اندازه گیری جریان و ولتاژ. وابستگی برق مصرفی لامپ به ولتاژ پایانه های آن را مطالعه کنید. وابستگی مقاومت هادی به دما را بررسی کنید.
تجهیزات: لامپ الکتریکی، منبع ولتاژ DC و AC، رئوستات لغزنده، آمپرمتر؛ ولت متر، کلید، سیم های اتصال، کاغذ گراف.
اطلاعات نظری مختصر
مقداری برابر با نسبت کار انجام شده توسط جریان A به زمانی t که در طی آن انجام می شود توان P نامیده می شود:
از این رو، 
(1)
دستور کار
آزمایش شماره 1
1. مطابق نمودار نشان داده شده در شکل 1، برای آزمایش صفر، با رعایت قطبیت دستگاه ها یک مدار الکتریکی بسازید.
شکل 1 - نمودار اتصال
2. قیمت تقسیم مقیاس ابزار اندازه گیری را تعیین کنید
_____________________________________________________________________________
3. پس از بررسی مدار توسط معلم، ولتاژ U و جریان I را قرائت کنید.
4. داده های دستگاه را در جدول 1 یادداشت کنید.
جدول 1 - داده های تجربی شماره 1
آزمایش شماره 2.
1. مدار را مطابق شکل 2 جمع کنید، جایی که لامپ از طریق یک رئوستات به جریان متناوب متصل است.
شکل 4.12 - نمودار اتصال
2. پس از بررسی مدار توسط معلم، قرائت آمپرمتر و ولت متر را بگیرید و موقعیت لغزنده را روی رئوستات 10 - 11 بار تغییر دهید.
3. داده های دستگاه را در جدول 2 یادداشت کنید.
جدول 2 - داده های تجربی شماره 2
پردازش نتایج اندازه گیری
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. مقاومت را پیدا کنید R0، برای تجربه صفر:
(5)
که در آن ΔT 0 K تغییر در دمای مطلق است (در این مورد برابر است با دمای اتاقدر مقیاس سلسیوس)؛ α ضریب مقاومت دما برای تنگستن (پیوست B) است.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. داده های به دست آمده را در جدول 1 وارد کنید.
آزمایش شماره 2
1. برای هر آزمایش، توان P مصرف شده توسط لامپ را با استفاده از فرمول تعیین کنید:
Р= U max · I max (6)
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. دمای رشته لامپ را برای هر آزمایش با استفاده از فرمول پیدا کنید:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. نتایج اندازه گیری ها و محاسبات را در جدول 2 وارد کنید.
5. روی کاغذ گراف، نمودارها را رسم کنید: الف) وابستگی توان P مصرف شده توسط لامپ به ولتاژ U در پایانه های آن. ب) وابستگی مقاومت R به دمای T.
6. بر اساس نتایج دو آزمایش نتیجه گیری کنید.
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
سوالات امنیتی
1. مفهوم فیزیکی ولتاژ در قسمتی از مدار الکتریکی چیست؟
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. چگونه با استفاده از آمپرمتر و ولت متر توان جریان را تعیین کنیم؟
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. وات متر برای چه اهدافی استفاده می شود؟ چگونه در مدار قرار می گیرد؟
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. مقاومت هادی فلزی با افزایش دما چگونه تغییر می کند؟
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. مارپیچ یک لامپ رشته ای 100 وات چه تفاوتی با مارپیچ یک لامپ 25 واتی دارد؟
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
