VOOLUALLIKA KASUTEGUR (1)

5 VÄGA HEA

Tallinna Tehnikaülikool

Füüsikainstituut

Üliõpilane: Natalia Novak
Teostatud:
Õpperühm: YAMB31
Kaitstud:
Töö nr. 3
OT

VOOLUALLIKA KASUTEGUR

Töö eesmärk:
Vooluallika kasuliku võimsuse ja kasuteguri määramine sõltuvalt voolutugevusest ning sise- ja välistakistuse suhtest .
Töövahendid:
Stend voltmeetri, ampermeetri, kahe kuivelemendi, kahe (või kolme) reostaadi ja lülitiga.
Skeem

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. Seega on voolutugevus vooluringis leitav valemist
kus R on vooluahela välistakistus, siin tarbia takistus ja r on vooluallika sisetakistus .
 ja r ei sõltu vooluallika koormamisest (voolutugevusest), küll aga võivad muutuda sõltuvalt vooluallika eksplutatsioonitingimustest (temperatuur, vooluallika vananemine jne.).
Pinge vooluahela osal, mis sisaldab takistit ja vooluallikat, on võrdne takisti otste potensiaalide vahe 1-2 ja vooluallika emj. algebralise summaga :
Kui ahela osa on homogeene (ei sisalda vooluallikaid), siis toodud valemist järeldub, et pinge temal on võrdne potensiaalide vahede summaga ahela elementidel. Kuna tasakaalulises seisundis (alalisvoolu ahelas) potensiaalide vahe saab takisti otstel olla ainult juhul, kui takistis on vool, siis voolu puudumisel pinge hargnemata ahela osal on võrdne temas leiduvate elektromotoorjõudude algebralise summaga. Seega, kui vooluallikas ei ole koormatud , on pinge temal võrdne elektromotoorjõuga. Elektromotoorjõu definitsioonist on teada, et laengu q läbiviimisel kogu vooluringist tehakse töö:
Järelikult vooluallika koguvõimsus
Samal ajal tarbial eraldunud võimsus ehk nn. kasulik võimsus
[1]
Siit järeldub, et vooluallika koguvõimsus N on konstanse elektromotoorjõu  ja sisetakistuse r juures maksimaalne lühise korral (R0). Kuid siis eraldub kogu võimsus sisetakistusel ja kasulik võimsus N1 on null.
Välistakistuse R kasvades koguvõimsus N väheneb ning N0, kui R. Kasulik võimsus N1 seevastu on võrdne nulliga kahel juhul: juba vaadeldud lühise (R0) 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:
Siit Rm=r.
Seega tarbial eralduv võimsus on maksimaalne siis kui tarbija takistus R ja vooluallika sisetakistus r on võrdsed. Maksimaalne võimsus on aga arvutatav valemist
Vooluallikate praktilisel kasutamisel ei ole tähtis mitte ainult võimsus, vaid ka kasutegur. Kasutegur, s.o. kasuliku ja koguvõimsuse suhe, on leitav valemiga
[2]
või [3]
Valemitest [1] ja [2] järeldub, et tingimused suurima kasuliku võimsuse ja suurima kasuteguri saamiseks ei lange kokku. Kui kasulik võimsus on maksimaalne (Rm=r), siis kasutegur on 0,5. Kasuteguri  lähenemisel ühele moodustab aga kasulik võimsus N1 ainult väikese osa oma maksimaalväärtusest N1m.

Töö käik

Protokollige mõõteriistad.

Koostage skeem vastavalt joonisele.

Paluge juhendajal kontrollida skeem ning anda tööülesanne.

Elementide patarei 1 , 2 sisetakistuse kunstlikuks suurendamiseks on nendega järjestikku lülitatud reostaat R1 ja R2 välises vooluahelas on ette nähtud voolu tugevuse sujuvaks muutmiseks laias piirkonnas. Reostaatide liugtakistid asetage nii, et r oleks maksimaalne ja R1, R2 minimaalsed.

Sulgege lüliti K ning reguleerige reostaadi r abil lühisvoolu tugevus ahelas juhendaja poolt antud väärtustele . Edasise katse käigus aga jätke reostaadi r liugkontakti asend muutumatuks.

Vähendage reostaatide R1 ja R2 abil voolutugevust ahelas 5 mA kaupa kuni voolutugevuseni 5 mA, registreerides iga kord volt- ja ampermeetri näidud. Tulemused kandke tabelisse.

Avage lüliti K ning registreerige voltmeetri näit, mis on sel juhul ligikaudu võrdne elektromotoorjõuga.

Iga mõõtmistulemuse jaoks leidke kasulik võimsus N1 ja kasutegur . Arvutatud suuruste järgi joonestage ühes ja samas teljestikus graafikud N1= N1(I) ja =(I) ühise I-teljega.

Arvutage iga mõõtmistulemuse jaoks Ohmi seadusest vooluringi sisetakistus r ja välistakistus R ning nende suhe R/r.

Joonestage graafikud ja ühise teljega.
Tabel 3.1. Vooluallika kasuteguri ja kasuliku võimsuse määramine
Jrk.
Nr.
I,
mA
U,
V
N1,
mW
,
%
-U,
V
r,

R,

R/r
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
 =
3. Arvutused koos veaarvutusega.
Katseseadme ja mõõteriistade andmed:

Leian iga mõõtmistulemuse ( I ja U ) korral kasulikku võimsust N1 (valem (1):
(Tulemused kannan tabelisse 3.1)

Leian iga mõõtmistulemuse ( I ja U ) korral kasutegurit η (valem (2):
(Tulemused kannan tabelisse 3.1)

Funktsioonide ja graafikud:

Arvutan iga mõõtmistulemuse jaoks Ohmi seadusest vooluringi välistakistust R:
(Tulemused kannan tabelisse 3.1)

Arvutan iga mõõtmistulemuse jaoks Ohmi seadusest vooluringi sisetakistust r:
(Tulemused kannan tabelisse 3.1)

Funktsioonide ja graafikud:

Leian kasuliku võimsuse laiendliitmääramatust (valitud juhtudel:3,5,7):
Ampermeetri täpsusklass: =1,0 (l=0,05mA);
Voltmeetri täpsusklass: = 1,5 (l=1V);
-jaotiste arv skaalal.
1)
2)
3)
usaldatavusega 95%
8) Leian kasuteguri laiendliitmääramatust (valitud juhtudel:3,5,7):
1) (leitud eelmises punktis)
2)
3)
usaldatavusega 95%
9)Leian
ja tema A-tüüpi laiendmääramatust usaldusnivool 0,95:
, usaldatavusega 95%

Järeldus
Antud töös leidsin vooluallika kasuliku võimsuse ja kasuteguri sõltuvalt voolutugevusest ning sise- ja välistakistuse suhtest ning kasuliku võimsuse ja kasuteguri laiendmääramatused valitud juhtudel (3,5,7):
usaldatavusega 95%
usaldatavusega 95%
Nagu on näha kasuliku võimsuse ja voolutugevuse sõltuvuse graafikust, vooluallika kasulik võimsus on voolutugevusega paraboolses sõltuvuses: kasulik võimsus on kõige suurem keskmiste voolutugevuse väärtuste juures ja madalaim vähimate ja suurimate väärtuste juures.
Vooluallika kasutegur on aga voolutugevusega lineaarses sõltuvuses: kasutegur on seda suurem, mida väiksem on voolutugevus . Kasutegur on ka selges logaritmilises suhtes vooluvõrgu sisetakistuse ja välistakistuse suhtes.

.DOCX Laadi alla originaalfail 10 lk · .docx · 650 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 10 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2015-11-18 Kuupäev, millal dokument üles laeti

650 laadimist Kokku alla laetud

1 arvamus Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

Natalia_N Õppematerjali autor

VOOLUALLIKA KASUTEGUR;Täielik protokoll; arvestatud ja kaitstud
Töö teoreetilised alused
Töö käik
Arvutused koos veaarvutustega
Graafikud

VOOLUALLIKA KASUTEGUR protokoll kaitstud voolutugevus sisetakistus takisti sõltuvus graafikud koguvõimsus

Sarnased õppematerjalid

doc

Vooluallika kasutegur

Tallinna Tehnikaülikooli Füüsika instituut Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kaitstud: Töö nr. 9 OT allkiri: VOOLUALLIKA KASUTEGUR Töö eesmärk: Töövahendid: Vooluallika kasuliku võimsuse ja Stend voltmeetri, ampermeetri, kahe kasuteguri määramine sõltuvalt elemendi, kolme reostaadi ja lülitiga. voolutugevusest ning välis- ja sisetakistuse suhtest. Skeem Töö teoreetilised alused. Igat vooluringi võib vaadata koosnevana kolmest osast: vooluallikast, ühendusjuhtmetest ja tarbiast (koormusest)

Füüsika ii

docx

VOOLUALLIKA KASUTEGUR

Tallinna Tehnikaülikool Füüsikainstituut 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

Füüsika

docx

Vooluallika kasutegur

emj: 2,7 V    (I ) N l  N l (I ) Funktsioonide ja graafik: Kasuliku võimsuse ja kasuteguri sõltuvus 50 100.00 40 80.00 30 60.00 Kasulik võimsus, mW Võimsus, mW Kasutegur, % 20 40.00 10 20.00 0 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Voolutugevus, mA Graafik 1. Kasuliku võimsuse ja kasuteguri sõltuvus voolutugevusest. Ohmi seadusest vooluringi välistakistus R: U R I Ohmi seadusest vooluringi sisetakistus r:

Füüsika ii

docx

Vooluallika kasutegur

1.Töö eesmärk. Vooluallika kasuliku vimsuse ja kasuteguri määramine sltuvalt voolutugevusest ning välis-ja sisetakistuse suhtest. 2.Töövahendid. Vooluallikas, voltmeeter, ampermeeter ja reostaat. 3.Töö 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 - ) ja vooluringi kogutakistusega. Kuna ühendusjuhtmed valitakse tavaliselt nii, et nende takistus on tühiselt väike võrreldes teiste vooluringi elementide takistusega, siis võib edaspidistes arvutustes nende takistust mitte arvestada. Seega on voolutugevus vooluringis leitav valemist: I= R+ r kus R on vooluahela välistakistus, siin tarbija takistus ja r - vooluallika sisetakistus. Vooluallika

Füüsika ii

docx

Vooluallika kasutegur laboratoorne töö

1. Töö eesmärk. Vooluallika kasuliku vimsuse ja kasuteguri määramine sltuvalt voolutugevusest ning välis- ja sisetakistuse suhtest. 2. Töövahendid. Vooluallikas, voltmeeter, ampermeeter ja reostaat. 3. Töö 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 - ) ja vooluringi kogutakistusega. Kuna ühendusjuhtmed valitakse tavaliselt nii, et nende takistus on tühiselt väike võrreldes teiste vooluringi elementide takistusega, siis võib edaspidistes arvutustes nende takistust mitte arvestada. Seega on voolutugevus vooluringis leitav valemist: I= R+ r

Füüsika

pdf

Vooluallika kasutegur

Vooluallika kasutegur KATSEANDMETE TABEL Tabel 1: Vooluallika kasutegur ja võimsus Jrk. I I U U N1 -U r R % R/r nr. xmA mA xV V mW V 1 100 50 0 0 0 0,00 2,80 56,00000 0,00000 0,00000 2 95 47,5 1 0,1 4,75 3,57 2,70 56,84211 2,10526 0,03704

Füüsika ii

docx

Vooluallika kasutegur

Tallina Tehnikaülikool 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 =

Füüsika

doc

Vooluallika kasutegur - praktikum

Tallinna Tehnikaülikooli füüsika instituut Üliõpilane: Üllar Alev Teostatud: 28.03.07 Õpperühm: EAEI-21 Kaitstud: Töö nr. 9 OT VOOLUALLIKA KASUTEGUR Töö eesmärk: Töövahendid: Vooluallika kasuliku võimsuse ja kasuteguri Stend voltmeetri, ampermeetri, kahe elemendi, kolme reostaadi määramine sõltuvalt voolutugevusest ning välis- ja lülitiga. ja sisetakistuse suhtest. Skeem Töö käik. 1. Protokollige mõõteriistad. 2. Koostage skeem vastavalt joonisele. 3

Füüsika

Rohkem sarnaseid