PRZEBIEG ĆWICZENIA
A. Badanie zależności siły elektromotorycznej ogniwa fotowoltaicznego od obciążenia.
1. Zmontowanie układu pomiarowego wg. schematu 1.
2. Pomiar siły elektromotorycznej E ogniwa fotowoltaicznego przy otwartym wyłączniku K.
3. Pomiar napięcia na zaciskach ogniwa oraz natężenia prądu płynącego w obwodzie przy zamkniętym wyłączniku K.
B. Wyznaczanie rezystancji opornika metodami: poprawnie mierzonego napięcia i poprawnie mierzonego prądu.
1. Zmontowanie układu pomiarowego wg. schematu 2.
2. Pomiar napięcia na badanym oporniku oraz natężenia prądu płynącego w obwodzie.
3. Powtórzenie pomiarów przy użyciu oporników i przyrządów pomiarowych wskazanych przez prowadzącego.
4. Zmontowanie układu pomiarowego wg. schematu 3.
5. Pomiar natężenia prądu płynącego przez badany opornik oraz napięcia na oporniku i amperomierzu.
6. Powtórzenie pomiarów przy użyciu oporników i przyrządów pomiarowych wskazanych przez prowadzącego.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
A. Badanie zależności siły elektromotorycznej ogniwa fotowoltaicznego od obciążenia.
1. Zależność napięcia U od natężenia pobieranego prądu I - WYKRES 1.
I ×10- 3 [A] |
U [V] |
0,080 |
0,090 |
0,080 |
0,150 |
0,070 |
0,200 |
0,050 |
0,250 |
0,030 |
0,270 |
0,020 |
0,280 |
0,008 |
0,281 |
0,004 |
0,282 |
0,004 |
0,283 |
0,002 |
0,284 |
0,001 |
0,285 |
3. Współczynniki kierunkowe prostej aproksymującej zależność U = f(I).
Obliczone współczynniki kierunkowe prostej U = aI + b wynoszą:
a = - (418 ± 26) []
b = (0,284 ± 0,028) [V]
4. Rezystancja wewnętrzna badanego fotoogniwa oraz jego siła elektromotoryczna.
Korzystając z prostej aproksymującej
U = aI + b uzyskujemy przy I = 0 siłę elektromotoryczną SEM = b, czyli:
SEM = b = (0,284 ± 0,028) [V].
Na podstawie II prawa Kirchhoffa:
Porównując prostą U = aI + b, dla której U = UR oraz b = E otrzymujemy
Wzór na rezystancję wewnętrzną ogniwa:
r = - a = (418 ± 26) [] - rezystancja wewnętrzna ogniwa.
5. Zależność mocy czerpanej z fotoogniwa P = U×I oraz mocy P'= (E - U)×I wydzielanej na rezystancji wewnętrznej źródła od natężenia pobieranego prądu I - WYKRES 2.
6. Niepewność mocy czerpanej z fotoogniwa P oraz mocy wydzielanej na rezystancji wewnętrznej źródła P'.
Niepewność mocy P:
Wyniki obliczeń:
I ×10- 6 [A] |
P ×10- 6 [W] |
P ×10- 6 [W] |
80 |
7,20 |
0,18 |
80 |
12,00 |
0,30 |
70 |
14,00 |
0,40 |
50 |
12,50 |
0,50 |
30 |
8,10 |
0,54 |
20 |
5,60 |
0,56 |
8 |
2,25 |
0,56 |
4 |
1,13 |
0,56 |
4 |
1,13 |
0,57 |
2 |
0,57 |
0,57 |
1 |
0,29 |
0,57 |
Niepewność mocy P':
Wyniki obliczeń:
I ×10- 6 [A] |
P' ×10- 6 [W] |
P' ×10- 6 [W] |
80 |
19,200 |
0,480 |
80 |
14,400 |
0,360 |
70 |
9,100 |
0,260 |
50 |
4,000 |
0,160 |
30 |
1,800 |
0,120 |
20 |
1,000 |
0,100 |
8 |
0,392 |
0,098 |
4 |
0,192 |
0,096 |
4 |
0,188 |
0,094 |
2 |
0,092 |
0,092 |
1 |
0,045 |
0,090 |
B. Wyznaczenie rezystancji opornika metodami poprawnie mierzonego napięcia i poprawnie mierzonego prądu.
1. Rezystancja wewnętrzna woltomierza.
Niepewność rezystancji woltomierza RV.
Wyniki obliczeń:
R ×103 [] |
UV [V] |
IA ×10- 3 [A] |
RV ×103 [] |
RV ×103 [] |
35,1 |
9,5 |
0,40 |
73 |
5 |
48,4 |
9,5 |
0,21 |
692 |
44 |
73,8 |
9,5 |
0,14 |
843 |
53 |
92,4 |
9,5 |
0,13 |
349 |
22 |
107,7 |
9,5 |
0,10 |
806 |
51 |
2. Średnia i odchylenie standardowe rezystancji wewnętrznej woltomierza.
Rezystancja wewnętrzna użytego woltomierza wynosi:
RV = (46,1 ± 3,7) ×103 [].
3. Rezystancja wewnętrzna amperomierzy.
Niepewność rezystancji:
Wyniki obliczeń:
R [] |
UV [V] |
IA [A] |
RA [] |
RA [] |
23,40 |
9,00 |
0,46 |
-3,83 |
-0,24 |
46,60 |
9,00 |
0,46 |
-27,03 |
-1,70 |
69,20 |
9,00 |
0,46 |
-49,63 |
-3,13 |
74,50 |
9,50 |
0,46 |
-53,85 |
-3,39 |
97,90 |
9,50 |
0,46 |
-77,25 |
-4,87 |
4. Średnia i odchylenie standardowe rezystancji wewnętrznej amperomierza.
Rezystancja wewnętrzna użytego amperomierza wynosi:
RA = (4,23 ± 2,79) [].
WYNIKI OBLICZEŃ
RV = (46,1 ± 3,7) ×103 [] - rezystancja wewnętrzna woltomierza.
RA = (4,23 ± 2,79) [] - rezystancja wewnętrzna amperomierza.
SEM = (0,284 ± 0,018) [V] - siła elektromotoryczna fotoogniwa.
r = (418 ± 26) [] - rezystancja wewnętrzna ogniwa.
WNIOSKI
1. Analizując wykres zależności napięcia od natężenia stwierdzamy, że napięcie maleje ze wzrostem natężenia pobieranego prądu. Dla zerowej wartości prądu napięcie jest równe sile elektromotorycznej ogniwa. Po przekroczeniu pewnej wartości natężenia napięcie gwałtownie maleje.
2. Wykres zależności mocy czerpanej z fotoogniwa od pobieranego prądu ma kształt odwróconej paraboli. Wartość maksymalna mocy przypada na natężenie, przy którym napięcie na wykresie U = f(I) gwałtownie zaczynało maleć. Zależność mocy P' wydzielanej na rezystancji wewnętrznej źródła od natężenia pobieranego prądu I ma charakter wykładniczy.
3. Na podstawie wyników obliczeń stwierdzamy, że rezystancje wewnętrzne użytych woltomierzy są bardzo duże w porównaniu z rezystancjami wewnętrznymi amperomierzy.
Jest to zgodne z założeniami teoretycznymi, które mówią, że rezystancja woltomierza powinna być nieskończenie wielka, a rezystancja amperomierza równa zero, aby wyniki pomiarów napięcia i natężenia były dokładne.
4