![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Исследование химических источников токаСтр 1 из 10Следующая ⇒
Электричество И Магнетизм
Лабораторный практикум для студентов математического факультета
ПЕРМЬ ● 2002 УДК 537 (075.8) ББК В33 Я73 Э454
Составители: проф. А.А. Иванова; проф. В.Г. Козлов Э454 электричество и магнетизм: Лабораторный практикум для студентов математического факультета / Авт.-сост.: А.А. Иванова, В.Г. Козлов; Перм. гос. пед. ун-т. – Пермь, 2002. – 50 с.
Практикум составлен в соответствии с новой расширенной программой изучения курса общей физики на математическом факультете; содержит теоретический материал, описание экспериментальных установок и методические рекомендации к выполнению лабораторных заданий по темам: " Исследование химических источников тока", " Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли", " Измерение сопротивлений при помощи мостовой схемы", " Емкость в цепи переменного тока", " Определение коэффициента самоиндукции катушки". Адресован студентам математического факультета очной и заочной форм обучения по специальности 032100 " Учитель математики и информатики" и направлению 540020 " Физико-математическое образование".
Рецензент: д-р физ.-мат. наук, проф. Р. В. Бирих (ПГПУ)
Печатается по решению методической комиссии физического факультета Пермского государственного педагогического университета
УДК 537(075.8) ББК В33 Я73
© А.А. Иванова, В.Г. Козлов, составление, 2002 © Пермский государственный педагогический университет, 2002 Лабораторная работа № 8 Исследование химических источников тока Принадлежности: аккумулятор, миллиамперметр, магазин сопротивлений, ключ, соединительные провода. Краткая теория. Электрическим током называют всякое упорядоченное движение электрических зарядов. Такими зарядами могут быть электроны проводимости (например, в металлах), положительные и отрицательные ионы (в электролитах), положительные ионы и электроны (в газах). Силой тока называется скалярная физическая величина, численно равная электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:
Если сила тока и его направление не меняются с течением времени, ток называется постоянным. Сила постоянного тока равна Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуется вектором плотности тока
Плотность постоянного тока одинакова по всему поперечному сечению однородного проводника, поэтому Электрический ток, возникающий в проводнике вследствие того, что в нем создается электрическое поле, называется током проводимости. Для появления и существования электрического тока проводимости необходимы два условия. Во-первых, наличие в данной среде электрических зарядов, которые могли бы в ней перемещаться, во-вторых, наличие электрического поля, энергия которого затрачивалась бы на перемещение этих зарядов. Для того чтобы ток был длительным по времени, энергия электрического поля должна все время пополняться. Это значит, что для поддержания постоянного тока в цепи на свободные заряды должны действовать, помимо кулоновских сил, еще какие-то иные, неэлектрические силы. Эти силы носят название сторонних сил. Если под действием силы Кулона разноименные заряды соединяются, и это ведет к выравниванию потенциалов и исчезновению электрического тока в проводнике, то сторонние силы вызывают разделение разноименных зарядов, и поддерживают разность потенциалов на концах проводника. В цепи поле сторонних сил создается источниками тока (аккумуляторами, гальваническими элементами, электрическими генераторами). Источник сторонних сил в цепи постоянного тока необходим так же, как необходим насос для создания постоянной циркуляции жидкости в замкнутой гидравлической системе. Так, например, вода под действием сторонних сил – насоса – движется против силы тяжести. Роль насоса в электрической цепи играет источник тока. За счет создаваемого им поля сторонних сил внутри источника электрические заряды движутся против сил электростатического поля. Благодаря этому на концах внешней цепи поддерживается разность потенциалов, и в цепи течет постоянный электрический ток. Перемещая электрические заряды, сторонние силы совершают работу за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока. Так, в аккумуляторе работа сторонних сил совершается за счет энергии, которая выделяется при химической реакции. Отличительной особенностью аккумуляторов является то, что их можно восстанавливать – заряжать, пропуская через элемент ток, обратный протекающему по цепи при работе аккумулятора. Это позволяет восстановить запас химических веществ, которые расходуются при работе источников тока. Здесь изучается щелочной аккумулятор, в котором катодом служит железо, анодом – гидрат окиси никеля Процесс зарядки – разрядки определяется формулой:
Важной характеристикой источников электрического тока является электродвижущая сила (ЭДС) – мера действия сторонних сил источника тока, за счет которых в замкнутой цепи совершается работа по перемещению зарядов. Величина ЭДС источника
где Электрическая цепь состоит из источника тока, подводящих проводов и потребителя тока (нагрузки). Каждый из этих элементов цепи обладает сопротивлением. Сопротивление подводящих проводов обычно мало, поэтому будем им пренебрегать. Согласно закону Ома ток в замкнутой цепи равен:
где Напряжение на нагрузке
Напряжение на зажимах разомкнутого источника тока (при этом
Из формулы (3) видно, что предельное значение силы тока
В том случае, когда электрический ток в цепи постоянен, а образующие цепь проводники неподвижны, работа сторонних сил целиком расходуется на нагревание проводников. В замкнутой цепи работа, совершаемая над переносимым по цепи зарядом
Разделив работу
Выразив из (3)
Из (5) видно, что в нагрузке
Мощность Отношение полезной мощности к полной определяет коэффициент полезного действия (КПД) источника тока:
или
Из (7) следует, что КПД будет тем больше, чем больше сопротивление нагрузки Найдем соотношение между
Видно, что На рис. 1 приведены кривые зависимости полезной мощности
Сопоставляя функцию Изучая зависимость полезной мощности от внешнего сопротивления Зависимость В работе необходимо найти технические характеристики аккумулятора: ЭДС Величину
Рассматривая эти равенства как систему уравнений для неизвестных
Зная
|