Üliõpilane: Natalia Novak Teostatud: Õpperühm: YAMB31 Kaitstud: Töö nr. 3 OT VOOLUALLIKA KASUTEGUR Töö eesmärk: Töövahendid: Vooluallika kasuliku võimsuse ja Stend voltmeetri, ampermeetri, kahe kuivelemendi, kasuteguri määramine sõltuvalt kahe (või kolme) reostaadi ja lülitiga. voolutugevusest ning sise- ja välistakistuse suhtest. Skeem 1. Töö teoreetilised alused Vooluringi võib vaadata koosnevana kolmest osast: vooluallikast, ühendusjuhtmetest ja tarbiast. Voolu tugevus on määratud elektromotoorjõu (emj.) ja vooluringi kogutakistusega. Kuna ühendusjuhtmed valitakse tavaliselt nii, et nende takistus on tühiselt väike, siis võib edaspidi arutluses neid mitte arvestada, lugedes nende takistuse võrdseks nulliga
Tallinna Tehnikaülikool Füüsikainstituut Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kaitstud: Töö nr: 3. TO: Töö eesmärk: Vooluallika kasuliku Töövahendid: Stend voltmeetri, ampermeetri, kahe võimsuse ja kasuteguri määramine kuivelemendi, kahe (või kolme) reostaadi ja sõltuvalt voolutugevusest ning sise- ja lülitiga. välistakistuse suhtest. Skeem Töö teoreetilised alused Andmed: Jrk nr I, mA U, V N1, η% E-U, V r, Ω R, Ω 𝑅 mW 𝑟 1. 2. 3. 4. 5. ε= Arvutuskäigud Kasulik võimsus: 𝑁1 = 𝐼 ∗ 𝑈 Esimese mõõtmise korral: 𝑁1 = 70 ∗ 0.4 = 28mW
92,00 90,00 89,29 88,00 86,00 85,71 84,00 82,00 80,00 80,36 78,00 76,00 75,00 74,00 72,00 70,00 68,00 66,00 69,64 Kasuliku võimsuse ja kasuteguri sõltuvus 64,00 64,29 62,00 60,00 58,00 58,93 välistakistuse ja sisetakistuse suhtest 56,00 54,00 53,57 52,00 50,00 48,00 48,21 46,00 44,00 42,86 N=f(R/r) 42,00 40,00 38,00 36,00 n=f(R/r) 34,00 32,00 30,00 29,25 28,00 26,00 26,25 24,00 22,00 22,50 20,00
Graafik 1. Kasuliku võimsuse ja kasuteguri sõltuvus voolutugevusest. Ohmi seadusest vooluringi välistakistus R: U R I Ohmi seadusest vooluringi sisetakistus r: I Rr I R r IR Ir U Ir U r I (R / r) N l N l (R / r) Funktsioonide ja graafikud: Kasuliku võimsuse ja kasuteguri sõltuvus välistakistuse ja sisetakistuse suhtest 50 100.00 45 90.00 40 80.00 35 70.00 30 60.00 N1, mW
Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kaitstud: Töö nr: 3 OT: VOOLUALLIKA KASUTEGUR Töö eesmärk: Töövahendid: Vooluallika kasuliku võimsuse ja Stend voltmeetri, ampermeetri, kahe kasuteguri määramine sõltuvalt kuivelemendi, kahe (või kolme) voolutugevusest ning sise- ja reostaadi ja lülitiga. välistakistuse suhtest. Skeem Joonis 1. Voltmeetri stendi skeem TEOORIA Vooluringi võib vaadata koosnevana kolmest osast: vooluallikast, ühendusjuhtmetest ja tarbiast. Voolu tugevus on määratud elektromotoorjõu (emj.) ja vooluringi kogutakistusega. Kuna ühendusjuhtmed valitakse tavaliselt nii, et nende takistus on tühiselt väike, siis võib edaspidi arutluses neid mitte arvestada, lugedes nende takistuse võrdseks nulliga
Füüsikainstituut Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kaitstud: Töö nr: 3 TO: Töö eesmärk: Vooluallika kasuliku Töövahendid: Stend voltmeetri, võimsuse ja kasuteguri määramine ampermeetri, kahe kuivelemendi, kahe sõltuvalt voolutugevusest ning sise- ja (või kolme) reostaadi ja lülitiga. välistakistuse suhtes. Skeem 1. Teoreetilised alused Mistahes vooluringi võib vaadelda koosnevana sise- ja välisosast: siseosa koosneb vooluallikast ja tema takistusest, välisosa ühendusjuhtmetest ja tarbijast (koormustakistusest). Voolutugevus on vastavalt Ohmi seadusele määratud vooluallika elektromotoorjõu (emj, ε ) ja vooluringi kogutakistusega. Kuna ühendusjuhtmed valitakse tavaliselt nii, et nende takistus
Füüsikainstituut Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kaitstud: Töö nr. 3 TO: Vooluallika kasutegur Töö eesmärk: Töövahendid: Vooluallika kasuliku Stend voltmeetri, ampermeetri, võimsuse ja kasuteguri kahe kuivelemendi, kahe (või määramine sõltuvalt kolme) reostaadi ja lülitiga voolutugevusest ning sise- ja välistakistuse suhtest Skeem: 3.Katseandmete tabelid Vooluallika kasuteguri ja kasuliku võimsuse määramine Jrk nr I, mA U, V N1, mW % -U, V r, R, R/r = ........ V 4. Arvutused Kasuliku võimsuse N1 arvutamine: I, U, N1 = I*U, mA V mW 90 0,3 90*0,3 = 27 84 0,5 84*0,5 = 42 78*0,7 = 78 0,7 54,6 72*0,8 = 72 0,8
0,08 2,61 0,209 0,0065 0,900 0,0348 0,290 3,625 32,625 9,000 0,04 2,72 0,109 0,0040 0,938 0,0355 0,180 4,500 68,000 15,111 1.I ja U mõõdeti vahetult 2.Kasuliku võimsuse N arvutamiseks kasutasin valemit N=UI 3.Kasuliku võimsuse vea sain valemiga N=UI+IU 4.Kasutegur µ= 5.Kasuteguri viga 6.Vooluallika sisetakistus 7.Ahela välistakistus R= 8.Suhe avaldub ka kujul . Viimase seose abil on võimalik sise- ja välistakistuse arvutuse õigsuse kontroll. Antud juhul andis kontroll loodetud tulemuse: mõlema valemi kasutamisel sain sama tulemuse. Katsest järeldub, et kasulik võimsus on maksimaalne, kui sise- ja välistakistused on võrdsed. Viimast on ilmutatult näha ka teisel graafikul. Samuti oli ootuspärane, et kasuteguri lähenemisel maksimaalsele, kasulik võimsus hakkas vähenema. Kuna avatud ahelal on suurim kasutegur, ei saa tal samal ajal olla kasulikku võimsust, kuna voolu ei teki. Seega kinnitasid
I, mA U, V Nl, mW n, % emj-U 96 0 0.00 0.00 2.80 b 0.95 1 86 0.40 34.40 14.29 2.40 t 2.0 2 80 0.60 48.00 21.43 2.20 xn 50 3 74 0.79 58.46 28.21 2.01 l(U) 0.05 4 68 0.91 61.88 32.50 1.89 täpsklass U 1.5 5 62 1.10 68.20 39.29 1.70 täpsklass I 1 6 56 1.25 70.00 44.64 1.55 l(I) 1 7 50 1.41 70.50 50.36 1.39 ep(U) 0.75 8 44 1.52 66.88 54...
I variant. 1. Ohmi seadus suletud vooluringi kohta kinnitab, et voolutugevus sõltub kolmest suurusest: elektromotoorjõust, välistakistusest ja sisetakistusest. Kui vooluallika sisetakistus on välistakistusest palju kordi väiksem, siis (1p.) a) pinge vooluallika klemmidel on elektromotoorjõust palju kordi väiksem, b) pinge vooluallika klemmidel on ligikaudu võrdne elektromotoorjõuga, c) pinge vooluallika klemmidel muutub oluliselt koos välistakistuse suurendamisega. (lk 107) 2. Vooluallika sees liiguvad laengud... (1p.) a) kõrvaljõudude mõjul, b) elektrostaatiliste (kuloniliste) jõudude mõjul, (lk 102) c) gravitatsioonijõudude mõjul, d) elastsusjõudude (rõhkude vahe) mõjul. 3. Kui ühendada juhi abil kaks erinimelise laenguga metallkuuli, siis tekitab nende laengute elektriväli juhis elektrivoolu. Milline lause iseloomustab seejuures tekkinud voolu ? (1p.) a) see vool on lühiajaline,(lk 114)
potensiaali nulliks. 34. Lähtudes üldistatud ohmi seadusest tuleta Kirchoffi teine reegel. Skeem. Olgu meil hargnevast ahelast eraldatud kinnine kontuur. Märgime voolude ja elektromotoorjõudude suunad ja valime ise ringkäigu suuna. Kirjutame vastavalt skeemile kolm võrrandit ja liidame võrrandid kokku. 35. Tuletage vooluallika kasuteguri valem. Maksimaalse võimsuse saame kätte vooluallikast sise- ja välistakistuse võrdsuse korral. Maksimaalse võimsuse korral on vooluallika kasutegur 50% 36. Tuletage takistusel R eralduv võimsuse arvutamise valem. 37. Lähtudes välisahelas eralduva võimsuse arvutamise valemist, leidke millise välisahela takistuse R korral on võimsus maksimaalne. Sisetakistus r on etteantud suurus. Välistakistuse R võime aga valida. Millise välistakistuse R korral on välistakistusel eralduv võimsus maksimaalne? 38
potensiaali nulliks. 34. Lähtudes üldistatud ohmi seadusest tuleta Kirchoffi teine reegel. Skeem. Olgu meil hargnevast ahelast eraldatud kinnine kontuur. Märgime voolude ja elektromotoorjõudude suunad ja valime ise ringkäigu suuna. Kirjutame vastavalt skeemile kolm võrrandit ja liidame võrrandid kokku. 35. Tuletage vooluallika kasuteguri valem. Maksimaalse võimsuse saame kätte vooluallikast sise- ja välistakistuse võrdsuse korral. Maksimaalse võimsuse korral on vooluallika kasutegur 50% 36. Tuletage takistusel R eralduv võimsuse arvutamise valem. 37. Lähtudes välisahelas eralduva võimsuse arvutamise valemist, leidke millise välisahela takistuse R korral on võimsus maksimaalne. Sisetakistus r on etteantud suurus. Välistakistuse R võime aga valida. Millise välistakistuse R korral on välistakistusel eralduv võimsus maksimaalne? 38
pöördvõrdeline I= kogutakistusega (r on vooluallika sisetakistus). R+r Ülesanded · Vooluallikas, mille elektromotoorjõud on 4,8 V ja sisetakistus 0,2 , ühendati kaheoomise takistiga. Kui suur on voolutugevus takistis? · Kui vooluallikas elektromotoorjõuga 4,5 V, ühendada 8,5 välistakistusega, on voolutugevus ahelas 0,5 A. Kui suur on vooluallika sisetakistus? · Kuivelemendi elektromotoorjõud on 1,5 V. 1,8 välistakistuse korral on voolutugevus 0,75 A. Kui suur on lühisevoolu tugevus? Jadaühendus Rööpühendus Näiteid tarbijate ühendamisest Jadaühendus 12 V 12 V 12 V 36 V Vooluallikas Jõulukuuse elektrilambid Näide tarbijate ühendamisest Rööpühendus 220 V 220 V 220 V 220 V Elektritarbijad elamus
N = = = I = t t R +r Samal ajal tarbial eraldunud võimsus ehk nn. kasulik võimsus 2R N1 = IU = I 2 R = [1] ( R + r) 2 Siit järeldub, et vooluallika koguvõimsus N on konstanse elektromotoorjõu ja sisetakistuse r juures maksimaalne lühise korral (R0). Kuid siis eraldub kogu võimsus sisetakistusel ja kasulik võimsus N1 on null. Välistakistuse R kasvades koguvõimsus N väheneb ning N0, kui R . Kasulik võimsus N1 seevastu on võrdne nulliga kahel juhul: juba vaadeldud lühise (R0) korral, aga ka avatud ahela (R) juures. Järelikult peab kasulik võimsus koormustakistuse R kasvades läbima maksimumi. Sellise takistuse Rm leidmiseks, mille juures kasulik võimsus N1 on maksimaalne, leiame tuletise võrrandist [1] takistuse R järgi ning võrdsustame tulemuse nulliga: N 1 r - Rm
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I, mA N, mW N, mW Kasuliku võimsuse ja kasuteguri sõltuvus välistakistuse ja sisetakistuse suhtet 80 100 90 R/r N, mW n, % 70
Samal ajal tarbijal eraldunud vimsus ehk nn. kasulik vimsus: 2 R N 1=IU =I 2 R= 2 ( R +r ) Eelviimasest valemist järeldub, et vooluallika koguvõimsus N on maksimaalne lühise korral R 0 Kuid siis eraldub kogu võimsus vooluallika takistusel r ja kasulik võimsus N1 võrdub nulliga (1). Välistakistuse R kasvades koguvõimsus N väheneb ning N 0 , kui R . Kasulik võimsus N1 seevastu võrdub nulliga kahel juhul: juba vaadeldud lühise R 0 korral, aga ka avatud ahela R juures. Järelikult peab kasulik võimsus koormustakistuse R kasvades selle teatava väärtuse korral saavutama maksimumi. Sellise takistuse Rm leidmiseks, mille juures kasulik võimsus N1 oleks maksimaalne, leiame valemist (1) tuletise takistuse R järgi. Tähistame R ümber Rm -iks ning võrdsustame tulemuse nulliga
Joul-Lenz'i seadus, juhtmed eralduv soojus (valem) Kasutades Ohm'i seadust ahela osa kohta võib sellele anda veel kaks kasulikku kuju: Voolu võimsus on järelikult: Kuidas põlevad erineva takistusega lambid rööp- ja jadalülitamisel (ja miks)? Vooluallika kasutegur (sõltuvua kasulikust võimsusest) VB Allika kasutegur on kasuliku võimsuse ja koguvõimsuse suhe Maksimaalse võimsuse saame kätte vooluallikast sise- ja välistakistuse võrdsuse korral R = r Maksimaalse võimsuse korral on vooluallika kasutegur 50% ELEKTROMAGNETISM 7)Magnetostaatika Magnetväli, magnetvälja jõujooned(võrdlus elektrivälja jõujoontega) Magnetväli eksisteerib (ainult) liikuva laengu ümber ja seda on võimalik avastada liikuvale laengule mõjuva jõu kaudu. Elektrivool on nii magnetvälja tekitaja kui ka mõju vastuvõtja. Magnetväli on dünaamiline
E∗R U=I∗R= r+ R Takistil eralduv võimsus: E ∗E∗R 2 R+r E ∗R P=I∗U = = r+R ( R+r )2 Lähtudes välisahelas eralduva võimsuse arvutamise valemist, leidke millise välisahela takistuse R korral on E2∗R võimsus maksimaalne. P= ( R+r )2 Sisetakistus r on etteantud suurus. Välistakistuse R võime aga valida. Selleks dP leiame =0 dR 2 2 dP E ∗( R+r ) −2 R∗( R+r ) = =0 dR ( R+ r )4 2 E =0 – ei sobi, kuna emj allikas on olemas. ( R+r )2−2 R∗( R +r )=0 R2 +2 Rr +r 2 +2 R2−2 Rr=0 r=R Andke Lorentzi jõu täielik valem ja joonistage laengule rakendatavad kõik vektorid koos valemis esinevate nurkadega. ⃗
kordi suurem ja auto liikumistakistus muutub pidevalt laiades piirides. Seda põhjustavad pinnase eritakistuse ning rataste veeretakistuse ja haardevõime muutused, mis on tingitud tee või pinnase tõusudest ning langustest. Järelikult on veoratastele kantavat pöördemomenti vaja muuta, et ületada kasvavaid takistusi, täielikumalt kasutada mootori võimsust ja saavutada suur tootlikus väikese kütusekuluga. Sisepõlemismootorid ei ole kuigi hästi kohanevad. Välistakistuse muutumise korral ei muutu nende pöörlemissagedus ja pöördemoment nii palju kui vaja. Nimetatud põhjuste tõttu tulebki autodel kasutada jõuülekannet. Jõuülekandeid võib liigitada järgmiselt: mehaanilised, hüdromehaanilised, mahthüdraulilised, elektromehhaanilised, astmelised, astmeteta ja automaatülekanded. Jõuülekanne hõlmab mootorsõiduki siduri, käigukasti veovõllid, tagatelje peaülekandediferentsiaali ja väljundvõllid ratastele (vt. Joonis 1).
periood on 90 (720/8) Mootori keskmise pöördemomendi summaarne tangensiaaljõud ei kõlba. Pöördemomendi leidmiseks jõudude momentide ning välistakistuse jõu momentide perioodiliselt arvutamiseks kasutatakse keskmist summmaarset tangensiaaljõudu, kasutatakse keskmist summaarset tangensiaaljõudu. muutuvast mõjust elastsele võllisüsteemile. Sundvõnked olenevad mille leidmiseks tuleb tangensiaaljõu diagrammi pindala abstsisstelje Summaarse keskmise tangensiaaljõu ordinaadi leidmiseks tuleb mootori pööretest
annaabi.ee 
