2015-05-26
1117
Лабораторное занятие
Электрическая мощность и работа
Общие сведения
Электрическая мощность Р цепи выражается через напряжение и электрический ток и измеряется в ваттах (Вт)
Р = U·I.
На практике она обычно преобразуется в механическую (в электрических двигателях), световую (в лампах накаливания) и тепловую (в электрических нагревателях) энергию. В элементах электрических и электронных цепей, обладающих омическим сопротивлением R, электрическая энергия нежелательным образом преобразуется в тепло, что называют также потерями мощности:
Р = I2·R, Р = U2/R.
Каждый элемент электрической цепи имеет предельно допустимую мощность, превышение которой в процессе эксплуатации приводит к недопустимому перегреву. Зависимость I(U) при Р = РДОП = const имеет вид гиперболы. По ней можно легко определить максимально допустимые величины напряжения и тока для данного элемента цепи.
Электрическую мощность можно измерить косвенно – через ток и напряжение или непосредственно – с помощью ваттметра.
|
|
|
Электрическая энергия (работа электрического тока) W выражается как произведение электрической мощности Р на время I:
W = P·t = U·I·t.
Экспериментальная часть
Задание
Измерьте ваттметром мощность, выделяющуюся в различных сопротивлениях. Постройте гиперболические зависимости I(U) для резисторов, в которых может быть рассеяна максимальная мощность 2 Вт.
Порядок выполнения эксперимента
· Соберите цепь согласно схеме (рисунок 8.1) и измерьте токи и мощности в резисторах 33, 100 и 220 Ом при напряжениях, указанных в таблице 8.1. При сопротивлении резистора 33 Ома напряжение должно быть ограничено величиной 8 В во избежание превышения максимально допустимых потерь мощности 2 Вт.
Рисунок 8.1
· Постройте графики Р = f(U) для каждого резистора на рисунке 8.2.
Таблица 8.1
| U, В | ||||||||||
| R=33 Ом | I, мА | – | – | – | ||||||
| Р,Вт | – | – | – | |||||||
| R =100 Ом | I, мА | |||||||||
| Р,Вт | ||||||||||
| R =220 Ом | I, мА | |||||||||
| Р, Вт |
 |
Рисунок 8.2
· Чтобы построить гиперболическую зависимость мощности для 2-ваттного резистора, величины токов, соответствующие напряжениям (таблица 8.2), следует рассчитать по формуле I = Р/U, где Р = 2 Вт.
Таблица 8.2
| U, В | 2,5 | ||||||||
| I, мА |
· Постройте на рисунке 8.3 график I = f(U) при Р =2 Вт и ответьте на контрольные вопросы, определив из графика искомые величины.
|
|
|
Рисунок 8.3
Вопрос 1: Какую информацию несут измеренные величины и построенные кривые?
Ответ:
Вопрос 2: Каких величин ток и напряжение создают потери мощности 2 Вт в резисторе 20 Ом? Определите эти величины по графику (рисунок 8.3), построив кривую I = f(U) данного резистора.
Ответ:
Вопрос 3: Какая электрическая энергия выделяется в резисторе 100 Ом, если к цепи (рисунок 8.1) прикладывается напряжение 12 В в течение 10 часов?
Ответ:
