Nr ćwiczenia:

5

Badanie zależności mocy użytecznej od

obciążenia

Ocena z teorii:

Nr zespołu:

5

Konrad Tabor

Ocena z zaliczenia ćwiczenia:

Data:
29.02.2008

Wydział

Rok

Grupa

Uwagi:

EAIiE

1b

8

Cel ćwiczenia:
Pomiar natężenia prądu w obwodzie i napięcia na oporności obciążenia w zależności od wartości oporności
obciążenia, wyznaczenie mocy użytecznej w funkcji obciążenia, interpretacja uzyskanych wyników, wyliczenie
oporności wewnętrznej źródła.

Moc:
Jest to wielkością fizyczną określającą pracę wykonaną w jednostce czasu przez układ fizyczny. Z definicji, moc
chwilową określa wzór:

dt

dW

P



P – moc
W – praca
t - czas

Moc czynna (użyteczna):
W układach prądu przemiennego (również prądu zmiennego) jest to część mocy, którą odbiornik pobiera ze źródła
i zamienia na pracę lub ciepło. W układach prądu stałego, cała moc jest mocą czynną. Jednostką mocy czynnej jest
wat [W].



















3

2

s

m

kg

s

J

W

Często stosowane jednostki: 1 [mW], 1 [kW], 1 [MW] (odpowiednio

6

3

3

10

,

10

,

10



[W]). Spotyka się także

jednostkę „koń mechaniczny” (KM/HP), jest to jednostka mocy w układzie MKS.

Moc w obwodach prądu stałego:
Moc wydzielana na rezystancji w obwodzie można opisać za pomocą następującej zależności:

R

U

I

R

I

U

P

2

2











R – rezystancja
I – natężenie prądu
U – napięcie prądu

W pewnych przypadkach powyższy wzór jest prawdziwy także dla odbiornika prądu sinusoidalnie zmiennego.

Rezystancja:
Rezystancja jest miarą oporu (podawaną w omach [Ω]), z jakim element przeciwstawia się przepływowi prądu
elektrycznego. Odwrotność rezystancji to konduktancja, której jednostką jest simens.

Dla większości materiałów ich rezystancja nie zależy od wielkości przepływającego prądu lub wielkości
przyłożonego napięcia. Prąd i napięcie są wtedy do siebie proporcjonalne, a współczynnik proporcjonalności to
właśnie rezystancja. Zależność ta znana jest jako prawo Ohma.

Miarą oporu, z jaką dany materiał przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego, jest rezystywność. Jeżeli
znamy wymiary geometryczne elementu i rezystywność materiału, z jakiego został wykonany, to jego rezystancję
obliczamy następująco:

S

l

R





R – rezystancja
ρ – rezystywność materiału
l – długość przewodnika
S – pole przekroju przewodnika

Zgodnie z prawem Ohma zachodzi następujący związek między rezystancją, prądem i napięciem:

I

U

R



Prawo to jest prawem doświadczalnym i jest spełnione dla ustalonych warunków przepływu prądu, szczególnie
temperatury przewodnika. Materiały, które się do niego stosują, nazywamy przewodnikami omowymi lub
"przewodnikami liniowymi" - w odróżnieniu od przewodników nieliniowych, w których opór jest funkcją
natężenia płynącego przez nie prądu. Prawo to także nie jest spełnione gdy zmieniają się parametry przewodnika,
szczególnie temperatura. Ze wszystkich materiałów przewodzących, prawo Ohma najdokładniej jest spełnione w
przypadku metali.

Niektóre z materiałów przejawiają specyficzne właściwości ze względu na rezystancję (np. nadprzewodniki).

Rezystancja dotyczy tylko elementów czysto rezystancyjnych (rezystor). Uogólnieniem oraz rozwinięciem pojęcia
rezystancji na elementy rezystancyjne, pojemnościowe (kondensator) i indukcyjne (cewka) jest impedancja.

Prawa Kirchhoffa:
Dwa prawa dotyczące obliczania natężeń i napięć stałego prądu elektrycznego w obwodach elektrycznych,
sformułowane przez niemieckiego fizyka Gustava Kirchhoffa, żyjącego w XIX wieku.

I prawo Kirchhoffa:
Suma algebraiczna natężeń prądów wpływających i wypływających z danego węzła jest równa zero.

6

5

4

3

2

1

I

I

I

I

I

I











II prawo Kirchhoffa:
Suma sił elektromotorycznych i spadków napięć w obwodzie zamkniętym jest równa zero.





2

1

R

R

I

E





Dopasowanie obciążenia do zasilacza:
Zapewnienie warunków pozwalających na przekazanie maksymalnej mocy ze źródła do obciążenia. W obwodach
prądu stałego warunek ten to równość rezystancji obciążenia z rezystancją wewnętrzną źródła:

w

ob

R

R



Rezystancja wewnętrzna:
Źródła rzeczywiste charakteryzują się rezystancją wewnętrzną. Rzeczywiste źródło napięcia składa się z idealnego
źródła napięciowego o napięciu E i rezystora R

w

połączonego z nim w szereg. Jeśli takie źródło będzie zasilało

jakiś układ, to prąd przez niego pobierany, a więc i płynący przez R

w

wywoła spadek napięcia na nim, a w efekcie

napięcie wyjściowe źródła rzeczywistego odpowiednio zmaleje.