WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
LABORATORIUM FIZYCZNE
Grupa szkoleniowa C04J mgr inż. Andrzej WIŚNIEWSKI
stopień i nazwisko
prowadzącego
GOLONKA Marcin
ŁUKASZEWICZ Jarosław
( imię i nazwisko słuchacza)
ocena końcowa ocena przygot.
do ćwiczenia
SPRAWOZDANIE
Z
PRACY LABORATORYJNEJ Nr 15
Temat: Pomiar siły elektromotorycznej ogniwa i charakterystyki jego pracy
1. Wstęp teoretyczny
Siła elektromotoryczna jest siłą wprawiającą w ruch uporządkowany nośniki ładunku - elektrony (w metalach) i jony (w elektrolitach). Przyczyną powstawania siły elektromotorycznej mogą być:
procesy chemiczne - w ogniwach i akumulatorach;
procesy elektromagnetyczne - w prądnicach prądu stałego i zmiennego;
procesy termoelektryczne - w termoogniwach lub termometrach;
procesy fotoelektryczne - fotoogniwach.
Zależność natężenia prądu płynącego w obwodzie ogniwa i rezystora o rezystancji RZ od siły elektromotorycznej E wyrażona jest prawo Ohma dla odwodu zamkniętego
E = I RZ + I RW = U + I RW. (1)
Składnik U = I RZ wyraża spadek napięcia na rezystancji zewnętrznej. Jest ono nazywane napięciem na biegunach źródła prądu, albo krótko napięciem źródła. Składnik I RW wyraża spadek napięcia na rezystancji RW.
Każde źródło prądu ma dwie wielkości charakterystyczne (stałe dla danego źródła): siłę elektromotoryczną E i rezystancję wewnętrzną RW.
Z równania (1) wynika, że przy obciążeniu źródła (tzn. przy poborze prądu) napięcie na rezystancji wewnętrznej rośnie wraz ze wzrostem obciążenia, natomiast napięcie na jego biegunach staje się mniejsze od siły elektromotorycznej E i to tym bardziej, im silniej obciążone jest źródło prądu.
U = I RZ < E
To zmniejszanie się napięcia na biegunach źródła wskutek jego obciążenia coraz silniejszym prądem nazywamy charakterystyką pracy źródła.
Jedną z najprostszych metod określenia siły elektromotorycznej jest metoda kompensacyjna, polegająca na porównaniu mierzonego napięcia UX lub siły elektromotorycznej EX z wartością wzorcową napięcia UW lub siły elektromotorycznej EW na podstawie przepływu prądu przez źródło tych napięć UN lub siłę elektromotoryczną EN. Wówczas I = 0, czyli IRW=0 więc nie ma spadku napięć na rezystancji wewnętrznej źródła. Źródło napięć badanego i wzorcowego są połączone przeciwstawnie, a jako wskaźnik prądu służy czuły galwanometr G.
2. Wyniki pomiarów
lp |
U [mV] |
I [mA] |
U [mV] |
1 |
917,68 |
|
|
2 |
917,66 |
0,50 |
914,00 |
3 |
917,60 |
|
|
4 |
917,59 |
1,00 |
912,57 |
5 |
917,58 |
|
|
6 |
917,57 |
1,50 |
911,06 |
7 |
917,56 |
|
|
8 |
917,55 |
2,00 |
909,65 |
9 |
917,55 |
|
|
10 |
917,50 |
2,50 |
908,39 |
3. Obliczenia
3.1 Obliczam średnią wartość Eśr.
3.2 Średni błąd kwadratowy wartości średniej σśr
3.3 Wyznaczam współczynniki aproksymowanej prostej U = E - I∙Rw
3.4 Obliczam Rw dla poszczególnych natężeń prądu:
i |
I [mA] |
Rwi [Ω] |
1 |
0,5 |
35,84 |
2 |
1 |
25,07 |
3 |
1,5 |
21,74667 |
4 |
2 |
19,835 |
5 |
2,5 |
18,388 |
3.5 a) Obliczam moc: czerpaną ze źródła Pz = U∙I oraz moc wydzieloną na rezystancji wewnętrznej źródła PRw =(E-U)∙I
E |
U |
I [A] |
Pz [W] |
Prw [W] |
4,58792 |
4,57 |
0,0005 |
0,002285 |
0,000009 |
|
4,56285 |
0,001 |
0,004563 |
0,000025 |
|
4,5553 |
0,0015 |
0,006833 |
0,000049 |
|
4,54825 |
0,002 |
0,009097 |
0,000079 |
|
4,54195 |
0,0025 |
0,011355 |
0,000115 |
3.5 b) Obliczam moc teoretyczną Pz = I∙E - I2∙Rw oraz PRw = I2∙Rw
E [V] |
Rw [Ω] |
I [A] |
Pz [W] |
Prw [W] |
4,58792 |
35,84 |
0,0005 |
0,002285 |
0,000009 |
|
25,07 |
0,001 |
0,004563 |
0,000025 |
|
21,74667 |
0,0015 |
0,006833 |
0,000049 |
|
19,835 |
0,002 |
0,009097 |
0,000079 |
|
18,388 |
0,0025 |
0,011355 |
0,000115 |
Uwaga: Wyliczone moce pokrywają się z teoretycznymi wartościami.
3.6 Wykresy (załącznik)
4. Wnioski
Celem ćwiczenia było zbadanie siły elektromotorycznej oraz charakterystyki jej pracy.
Wartość jej jest równa
Eśr = 4,588 V.
Z wykresu można odczytać, że przy pobieraniu coraz większego prądu wartość siły elektromotorycznej zaczyna maleć. Także z wykresów zależności mocy od prądu można wywnioskować, że moc wzrasta razem z pobieraniem prądu.
Otrzymane wyniki są obarczone różnymi błędami, dlatego też nie są one dokładne. Na dokładność wyników wpływa odczyt napięcia z woltomierza, a także dokładność ustawienia temperatury otoczenia oraz właściwego prądu, który jest potrzebny do dalszych pomiarów. Dodatkowo wszelkie ruchy wykonywane w pobliżu urządzeń pomiarowych wpływały na dokładność odczytu wychylając wskazania woltomierza.