GRUPA A – BADANIE WŁSNOŚCI OBWODÓW PRĄDU STAŁEGO
advertisement
Ćwiczenie 1 BADANIE WŁSNOŚCI OBWODÓW PRĄDU STAŁEGO Wersja A TEMAT: Badanie własności połączeń źródeł i odbiorników prądu stałego. Wstęp teoretyczny. Ogniwa elektrochemiczne i akumulatory mają zdolność magazynowania energii chemicznej, która może być z nich pobrana w postaci energii elektrycznej. Ilość zmagazynowanej w ogniwie lub akumulatorze energii jest określona wielkością zwaną pojemnością elektryczną Q. Pojemność elektryczna jest mierzona w amperogodzinach (Ah) i określa czas, w jakim można czerpać ze żródła określony prąd I. Q=It Pobranie z ogniwa zmagazynowanej w nim energii powoduje bezpowrotne zużycie ogniwa. Natomiast akumulatory po wyładowaniu można z powrotem naładować, przepuszczając przez nie prąd elektryczny. Procesy ładowania (dostarczania energii ) i rozładowania (pobieranie energii ) dają się przy prawidłowej eksploatacji cyklicznie powtarzać, co sprawia, że akumulator może pracować przez dłuższy czas. Na schematach oznacza się akumulatory i ogniwa w postaci symbolu przedstawionego na rys. 3.1. Rezystancja Rw - rezystancja wewnętrzna, reprezentuje rezystancję elektrolitu, rezystancję elektrod i połączeń oraz oporu spowodowanego polaryzacją elektrod. Rezystancja wewnętrzna Rw ogniw i akumulatorów jest wielkością zmienną, zależną od takich czynników jak: temperatura, prąd obciążenia, stopień rozładowania źródła. Wartość rezystancji wewnętrznej akumulatorów jest rzędu milionów, np. dla akumulatorów kwasowych 1...20 m. Napięcie miedzy rozwartymi zaciskami ogniw i akumulatorów nazywa się siłą elektromotoryczną. Siła elektromotoryczna zależy od rodzaju elektrod i elektrolitu, np. ogniwo Leclanchègo zbudowane z płytki węglowej C otoczonej warstwą dwutlenku manganu MnO2 dalej elektrodach różnicę potencjałów ok. 1,5 V, natomiast akumulator kwasowy o elektrodach ołowiowych Pb i PbO2 zanurzonych w wodnym roztworze kwasu siarkowego H2SO4 daje siłę elektromotoryczną równą ok. 2 V. Układ kilku połączonych ogniw lub akumulatorów tworzy baterię. Połączenie równoległe (rys. 3.2a ) stosuje się w celu zwiększenia pojemności, natomiast połączenie szeregowe ( rys. 3.2b ) – w celu zwiększenia siły elektromotorycznej Ogniwo obciążone rezystorem R tworzy obwód zamknięty (rys. 3.3 ), przez który płynie prąd elektryczny I=E/(R+Rw) Różnica potencjałów U na zaciskach ogniwa obciążonego jest mniejsza od siły elektromotorycznej E o spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej RwI U=E-RwI 1. Pomiary rezystancji wewnętrznej źródeł napięcia. Wykonać pomiary w układzie przedstawionym na rys.1. Badane źródło napięcia lub zestawy źródeł przyłączyć do zacisków A,B. Wyłącznik umożliwia dołączenie obciążenia, które stanowi rezystor R i miliamperomierz mA. Na podstawie wskazań przyrządów przy rozwartym i zwartym wyłączniku ze wzoru RB= U BO U B U U I B BO RV RV UBO- napięcie przy wyłączniku rozwartym, UB- napięcie przy wyłączniku zwartym, I – prąd mierzony miliamperomierzem. obliczyć rezystancję wewnętrzną źródła lub zestawu źródeł. Wykonać po trzy pomiary, przy trzech różnych wartościach prądu I nastawianych rezystorem R. Wyniki zapisać w tabeli 1. Porównać wartości rezystancji wewnętrznych badanych źródeł. Sprawdzić zależność, że przy połączeniu szeregowym rezystancja wewnętrzna źródeł RBz jest N razy większa od rezystancji wewnętrznej RB pojedynczego źródła, natomiast w połączeniu równoległym RBz= RB/N. Czy siła elektromotoryczna EBz dla N jednakowych źródeł połączonych szeregowo jest N razy większa niż siła pojedynczego źródła. W A RB1 EB1 RB2 RB1 RB EB R + UB V mA EB1 RB3 B Rys.1. Schemat układu do pomiaru rezystancji wewnętrznej źródeł. Tabela 1. Źródło napięcia UBO V UB V I mA RB Ω RBśr Ω RV = ………. Ogniwo pojedyncze Trzy ogniwa połączone szeregowo Trzy ogniwa połączone równolegle RBobl =…………….. 2. Pomiary siły elektromotorycznej źródła prądu stałego. Pomiary wykonujemy w układzie przedstawionym na rys.2. Do ogniwa o sile elektromotorycznej E i rezystancji wewnętrznej RW dołączony jest rezystor dekadowy R i miliamperomierz mA o rezystancji wewnętrznej RA . Wykonać dwa pomiary, przy różnych wartościach rezystancji rezystora dekadowego R1’ i R2’. Wartość siły elektromotorycznej E obliczamy ze wzoru: E R2 R1 I1 I 2 I1 I 2 R1 R A R1' , R2 R A R2' Jeżeli pomiary są wykonywane przy różnych zakresach pomiarowych miliamperomierza, należy uwzględnić zmianę rezystancji wewnętrznej RA. Wyniki pomiarów i obliczenia umieścić w tabeli 2. R mA RW RA E Rys.2. Schemat układu do pomiaru siły elektromotorycznej ogniwa. Tabela 2. RA=………………. R1’ Ω R1= RA+R1’ Ω RA=………………. I1 mA R2’ Ω R2= RA+R2’ Ω E I2 mA V 3. Badanie wpływu prądu obciążenia na napięcie ogniw . Pomiary wykonujemy w układzie przedstawionym na rys.3. Do ogniwa przyłączamy zmienne obciążenie R w szerokich granicach od 5 - 1000 Ω. Mierzymy wartość prądu w obwodzie I i napięcie U na ogniwie. Wykonać serię pomiarów dla dwóch różnych ogniw . Wyniki odnotować tabeli 3. Na podstawie wyników pomiarów narysować charakterystykę zewnętrzną dla badanych ogniw U=f(I). Wyjaśnić jej przebieg. W A RW V R E Rys.3. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyki zewnętrznej źródła napięcia stałego. Tabela 3. R Ω U1 V I1 A R U2 I2 Ω V A
