Uniwersytet Warmińsko – Mazurski w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

Zadanie 24. Wyznaczenie siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego ogniwa.

Rok I Grupa1I

Rok akademicki 2012/2013

Siła elektromotoryczna (SEM) – czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym równy energii elektrycznej uzyskanej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle) prądu elektrycznego w przeciwnym kierunku do sił pola elektrycznego oddziałującego na ten ładunek.

Siła elektromotoryczna jest najważniejszym parametrem charakteryzującym źródła energii elektrycznej zwane też źródłami siły elektromotorycznej, są nimi prądnice (prądu stałego i przemiennego), baterie, termopary, fotoogniwa

Prawo Ohma dla odcinka obwodu Stosunek napięcia U przyłożonego do końców przewodnika do natężenia prądu I płynącego przez przewodnik jest wielkością stałą i równą oporowi przewodnika. Prawo Ohma obowiązuje ściśle tylko wówczas, gdy przewodnik znajduje się w stałej temperaturze. • Prawo Ohma dla całego obwodu wyraża wzór: gdzie: E – siła elektromotoryczna źródła prądu, rw – opór wewnętrzny źródła, R – opór zewnętrzny.

Spadek napięcia (U = I·R) na oporze zewnętrznym zależy od natężenia prądu pobieranego ze źródła w sposób przedstawiony na wykresie:



U = E odpowiada stanowi jałowemu, tzn. gdy obwód jest rozwarty.

• Siła elektromotoryczna E to stosunek pracy wykonanej przez źródło prądu przy przemieszczaniu pomiędzy jego biegunami porcji ładunku Δq do wartości tego ładunku. Jednostką siły elektromotorycznej jest volt [V].



   Jednostka [E]:


E ma sens fizyczny maksymalnego napięcia na zaciskach nieobciążonej baterii (patrz: wykres powyżej).

• I prawo Kirchhoffa

I prawo Kirchhoffa dotyczy węzła obwodu elektrycznego, czyli miejsca rozgałęzienia się przewodów.
Suma natężeń prądów wpływających do węzła obwodu elektrycznego jest równa sumie natężeń prądów wypływających z węzła.

Dla przedstawionego przykładowego węzła prawo Kirchhoffa przyjmuje postać:

I1 + I2 = I3 + I4 + I5

I prawo Kirchhoffa jest konsekwencją zasady zachowania ładunku: ładunek, który wpływa do węzła, musi z niego wypłynąć.

• II prawo Kirchhoffa

Suma algebraiczna spadków napięć na oporach obwodu zamkniętego, tzw. oczkach obwodu, jest równa sumie algebraicznej sił elektromotorycznych działających w tym obwodzie (w tym oczku).

Wyodrębnione oczko obwodu elektrycznego (II prawo Kirchoffa):




E1 – E2 = I1 R1 + I3 R2 + I2 r1 – I4 r2

W dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego suma algebraiczna SEM jest równa sumie algebraicznej spadków napięć występujących na opornikach rozpatrywanego oczka.

ΣEi = ΣIn·Rn

Przebieg badań

Przyrządy z których korzystaliśmy :

• amperomierz 0-20mA

• woltomierz

• ogniwa

• opór zmienny

Wykonanie badania:

• Połączyliśmy układa wg schematu narysowanego na metodyce włączając jedno z badanych ogniw zmieniając wartość oporu R odczytując wartości napięcia U i natężenia I.

• Pomiary powtórzyliśmy dla następnych ogniw oraz dla ich połączenia szereowego i równoległego

• Następnie przy pomocy komputera sporządziliśmy wykresy.

Ćwiczenie polega na zmierzeniu siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznegobaterii ich połączenia szeregowego i równoległego.Najpierw badamy pierwszą baterię i oznaczamy ją jako E1.Tworzymy zamknięty układ do którego wpinamy baterię E1.Pomiar wykonujemy dla 5 różnych natężeń(zmieniamy je za pomocą opornicy). Opór wewnętrzny amperomierza wynosi 10om.Tabela przedstawia otrzymane wyniki:

Bateria E1

I(A)	1,2	2,4	3,5	4	4,6
U(V )	7,01	6,02	5,14	4,70	4,19

R_a=10Ω E=8,455V R_ws=939,23 I_o=0,008907 A

R_w=E\I_o-R_a, R_w= 8,455/0,008907-10=939,2533 Ω

E_s= I_o x(R_w +R_a), E_s=0,008907x(939,2533 Ω+10 Ω)=8,4549V

Bateria E2

I(A)	1,2	2,4	3,5	4	4,6
U(V)	7,21	6,30	5,27	4,55	4,04

R_a=10Ω E=8,008V R_w=816,64 Ω I_o=0,009687 A

R_w=E\I_o-R_a, R_w= 8,008/0,009687-10=816,67 Ω

E_s= I_o x(R_w +R_a), E_s=0,009687 x(816,64 Ω+10 Ω)=8,00794V

Szeregowo baterie

I(A)	1,2	2,4	3,5	4	4,6
U(V)	13,83	12,08	10,23	9,10	7,97

R_a=10Ω

E_s=16,063v (SEM połączenie szeregowe)

R_ws=1716,53Ω (R_w połączenie szeregowe)

I_o=0,009304A

R_ws=R_WE1+R_WE2=939,2533 Ω+816,67 Ω+10=1765,9233 Ω

E_S=(E_E1+E_E2),E=16,5v

Równolegle baterie

I(A)	1,2	2,4	3,5	4	4,6
U(V)	7,5	6,03	6,57	6,23	5,98

R_a=10Ω

E_R=8,078v (SEM połączenie równoległe)

R_wR=441,09Ω (Rw połączenie równoległe)

I_o=0,017909A

R_ws=R_WE1+R_WE2=(939,2533 Ω +816,67 Ω -Ω10)/2/2=436,48 Ω

E_S=I_OX(R_WR+R_A)= 0,017909Ax(441,09Ω+10Ω)=8,078V

Błędy wyników wynikające z niedokładności przyrządów pomiarowych potwierdzają iż wyniki są bardzo zbliżone do rzeczywistych.