Порядок выполнения работы

I. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 2. Обозначения на рис. 2: SА, SА1, SА2, SА3 - выключатели, PA, PA1, PA2, PA3 - амперметры, PV - вольтметр, HL1, HL2, HL3 - лампы накаливания, являющиеся активными нагрузками.

Рис. 2

После проверки электрической цепи преподавателем

И разрешения с его стороны

1. Подать питание ключом SA. Замкнуть ключ SA1 (работает только одна лампа HL1) и снять показания приборов PA, PV и PA1. Результаты измерений занести в таблицу 1.

2. Замкнуть ключ SA2 (работают две лампы HL1 и HL2), снять показания измерительных приборов PА, PV, PA1 и PA2. Результаты измерений занести в таблицу 1.

3. Замкнуть ключ SA3 (работают все три лампы) и снять показания всех измерительных при­боров PА, PV, PA1, PA2, PA3. Результаты измерений занести в таблицу 1.

4. С помощью формулы (6) определить сопротивления R₁, R₂ и R₃ каждой из ламп НL1, НL2, НL3. При этом иметь в виду, что напряжение на всех лампах остается постоянным, а сила тока через каждую лампу определяется соответствующим амперметром. С помощью формулы (6) по показаниям вольтметра PV и амперметра PA определить общее сопро­тивление цепи R и сравнить его с величиной сопротивления, вычисленного по формуле (9) с использованием значений R₁, R₂ и R₃. По показаниям амперметров РА1, РА2, РА3 и РА про­верить первый закон Кирхгофа, используя формулу (3).

Таблица 1

5. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 3.

Рис. 3

После проверки электрической цепи преподавателем

И разрешения с его стороны

6. Подать питание ключом SA. Замкнуть ключи SA1 и SA2 и снять показания измеритель­ных приборов PA, PV, PV1 и PV2. Результаты наблюдений занести в таблицу 2. При этом иметь в виду, что вольтметром PV2 измеряетсянапряжение на лампе НL2, сопротивление которой можно найти из формулы (6).

7. Замкнуть ключи SA1 и SA3 и снять показания измеритель­ных приборов PA, PV, PV1 и PV2. Результаты занести в таблицу 2. При этом иметь в виду, что вольтметром PV2 измеряетсянапряжение на лампе НL3, сопротивление которой можно найти из формулы (6).

8. Замкнуть ключи SA1, SA2 и SA3 и снять показания измеритель­ных приборов PA, PV, PV1 и PV2, занести их в таблицу 2. В этом случае показание вольтметра PV2 отражает общее сопротивление R₂₃ параллельно соединенных ламп НL2 и НL3 .

9. С помощью формулы (6) определить сопротивление R₁, R₂, R₃ламп HL1, HL2 и HL3, а также общее сопротивление R цепи. Значение R про­верить по формулам (9) и (8).

9. Проверить второй закон Кирхгофа, используя формулу (5).

Таблица 2

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы Ома для участка цепи и полной це­пи.

2. Как определить общее сопротивление цепи при последова­тельном, параллель-

ном и смешанном соединении сопротивлений?

3. Сформулируйте законы Кирхгофа.

4. Для заданной преподавателем разветвленной электрической цепи напишите законы Кирхгофа, объясните свои действия по составлению уравнений.

5. Как изменяются показания измерительных приборов на схеме рис. 3, если до-

полнить схему 4-й лампой, включенной: параллельно HL1; последовательно HL3?

6. Как изменятся показания измерительных приборов на схе­ме рис. 4, если до-

полнить схему четвертой лампой, включенной: а) последовательно лампе HL1;

б) параллельно HL3?

Рекомендуемая литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1994. § 98, 100, 101.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. М: Наука, 1978. Т. 2. § 34, 35, 36.

3. Грабовский Р.И. Курс физики. С-Пб.: Лань, 2002. Часть П, § 12, 13.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-04

Определение энергетических характеристик

Электрического нагревателя

Цель работы: определить мощность, потребляемую электрическим нагревателем,

коэффициент полезного действия нагревателя и стоимость потреб-

ленной им электроэнергии.

Приборы и принадлежности: электрический нагреватель, ампер­метр, вольтметр,

термометр, секундомер, сосуд с жидкостью, весы электрические.

Теория работы

Протекание электрического тока в проводниках вызывает их нагревание. Количество теплоты, выделяемой проводником при прохож­дении по нему тока, определяется по закону Джоуля - Ленца:

Q=I²Rt , (1)

где I - сила тока в цепи нагревателя; R – сопро­тивление нагревателя; t - время прохождения тока.

Работа, совершаемая электрическим током при нагревании, в соответствии с законом сохранения энергии равна выделяющейся теплоте и определяется выражением:

А = Q = IUt , (2)

где U - напряжение на клеммах нагревателя.

Мощность электрического нагревателя равна

. (3)

При работе электрического нагревателя всегда имеют место потери энергии (тепла) на излучение и нагрев по­сторонних предметов. Поэтому коэффициент полезного действия h нагревателя всегда меньше единицы и определяется отношением полезно использованного тепла Q_п ко всему теплу Q, выделенному в нагревателе за счет энергии электрического тока:

. (4)

Если на нагревателе производится нагрев жидкости, находящейся в некотором сосуде, то количеством полезно использованной теплоты Q_п следует счи­тать энергию Q₁ + Q₂, используемую соответственно на нагревание сосуда (Q₁) и жидкости (Q₂) в нем:

(5)

где с₁ и с₂ - удельные теплоемкости материала сосуда и жидкости соответственно; m₁ и m₂ - масса сосуда и масса жидкости соответственно; t_н и t_к – начальная и конечная температуры жидкости и сосуда, находящихся в тепловом контакте.

С учетом (5) полезно использованная энергия вычисляется по формуле

, (6)

а коэффициент полезного действия с учетом (2), (4) и (6) будет равен:

. (7)

Если КПД нагревателя низок, то значительная часть выделившейся в нагревателе теплоты переходит в окружающую среду. В результате стоимость потребленной электроэнергии окажется неоправданно высокой. Кроме того, выделение теплоты в окружающую среду ведет к ухудшению экологической обстановки. Таким образом, экономические и экологические факторы требуют увеличения КПД нагревателей, который можно повысить за счет снижения потерь энергии путем использования тепловых экранов и улучшения теплоизоляции.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: