Siła elektromotoryczna opór wewn2, Sprawozdania - Fizyka


POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI

TEMAT: Pomiar siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego ogniwa metodą kompensacji

Ćwiczenie wykonane przez:

Tomasz Stolarski

Rok I , Gr. V

WSTĘP TEORETYCZNY

Do trwałego utrzymania przepływu prądu elektrycznego w przewodniku powinny być spełnione dwa warunki:

-powinna istnieć zamknięta droga, po której mógłby płynąć prąd elektryczny;

-powinno występować napięcie, czyli różnica potencjałów która by przenosiła „dodatnie” ładunki elektryczne z końca przewodu o niższym potencjale na drugi koniec przewodu o wyższym potencjale.

W obwodach prądu stałego prądy i napięcia są stałe w czasie. W teorii obwodów elektrycznych stosuje się następujące podstawowe prawa umożliwiające obliczanie rozpływu prądów:

-pierwsze prawo Ohma podaje związek zachodzący między trzema wielkościami skalarnymi I, U, R występującymi przy przepływie prądu stałego przez przewodnik;

-drugie prawo Ohma (tzw. uogólnione prawo Ohma) mówi, że natężenie prądu płynącego w zamkniętym obwodzie elektrycznym nierozgałęzionym jest wprost proporcjonalne do sumy algebraicznej napięć źródłowych występujących w tym obwodzie, a odwrotnie proporcjonalne do sumy rezystancji całego obwodu

Drugie prawo Ohma służy do obliczania natężenia prądu w nierozgałezionym obwodzie elektrycznym zawierającym elementy aktywne i pasywne (źródła napięcia i odbiorniki energii);

-pierwsze prawo Kirchhoffa (suma prądów dopływających do węzła obwodu elektrycznego, rozgałęzionego równa się sumie prądów odpływających z tego węzła)

Ogniwa elektrochemiczne.

Jony metalu zanurzonego w elektrolicie wykazują tendencję do przechodzenia do elektrolitu i na odwrót jony elektrolitu mają tendencję do przechodzenia do metalu. Jony metalu są dodatnie. Jeżeli zatem więcej jonów przechodzi z metalu do elektrolitu niż odwrotnie, metal wykazuje na powierzchni styczności z elektrolitem ładunek ujemny, a elektrolit ładunek dodatni. Szybko ustala się stan równowagi, metal przyjmuje potencjał niższy niż potencjał elektrolitu, a powstająca różnica potencjałów hamuje dalsze przechodzenie jonów. Powstałe w ten sposób źródło napięcia nazywamy ogniwem elektrochemicznym. Obecnie w ogniwach elektrodę ujemną wykonuje się cynku a elektrodę dodatnią z węgla retorowego. Jako elektrolit służy roztwór wodny salmiaku tj. chlorku amonu (NH4Cl) - ogniwo Leclanchego. Siła elektromotoryczna jednego ogniwo wynosi 1,5V ; zależy od rodzaju elektrod i elektrolitu, ale nie zależy od wymiarów elektrod. Im większe są wymiary ogniwa, tym mniejsza jest jego rezystancja wewnętrzna, tym większy prąd można z niego czerpać w określonym czasie. Rezystancja wewnętrzna ogniwa zwiększa się w miarę jego zużywania się.

SEM jest to maksymalna wartość różnicy potencjałów między zaciskami ogniwa, występująca wtedy, gdy prąd przez ogniwo nie płynie. Z takiego określenia SEM wynikają bezpośrednio trudności jej pomiaru.Używając do pomiaru różnicy potencjałów między zaciskami jakiegokolwiek woltomierza (prócz elektrostatycznego), powodujemy przepływ prądu przez ogniwo a więc pomiar ten jest pomiarem napięcia, nie zaś SEM. Pomiar ten daje wynik tym bliższy SEM, im większy jest opór wewnętrzny woltomierza. Pomiaru siły elektromotorycznej dokonać można metodą kompensacji.

Prądem zwarcia nazywamy prąd, jaki popłynie jeżeli zewrzemy dodatni biegun z ujemnym ogniwa i jest równy:

Układ pomiarowy

0x01 graphic

1. Pomiary włączonego dla ogniwa w kierunku ładowania.

L.p.

U[V]

I[mA]

1

5

6.7

2

4.5

5.9

3

4

4.8

4

3.5

3.8

5

3

2.8

6

2.5

1.9

7

2

0.8

8

1.5

0

Rodzaj miernika

Woltomierz

Amperomierz

klasa miernika

0.5

0.5

zakres pomiarowy

7.5V

7.5mA

wartość najmniejszej działki

0.1V

0.1mA

2. Pomiary dla ogniwa włączonego w kierunku rozładowania.

L.p.

U[V]

I[mA]

1

0

1.8

2

0.1

1.95

3

0.2

2.1

4

0.3

2.25

5

0.4

2.4

6

0.5

2.55

7

0.6

2.65

8

0.7

2.8

9

0.8

2.9

10

0.9

3.05

11

1

3.2

Rodzaj miernika

Woltomierz

Amperomierz

klasa miernika

0.5

0.5

zakres pomiarowy

1.5V

7.5mA

wartość najmniejsza działki

0.05V

0.1mA

OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIAROWYH

1.Wykres funkcji U=f(I) dla kierunku ładowania i rozładowania.

2. Wartości SEM wynoszą :

a) dla kierunku ładowania ogniwa E = 1.5V

b) dla kierunku rozładowania ogniwa E = 1.3V

c) wartość średnia SEM:

Eśr = = 1.4V

3.Opór wewnętrzny ogniwa obliczamy ze wzoru:

R=RZ + RW

gdzie:

RZ = 400Ω opór zewnętrzny

RW - szukany opór wewnętrzny

R = tg α , α - kąt nachylenia prostej U = f (I) do osi I

a) dla kierunku ładowania ogniwa

R = tg α tg α = = = 522.4 []= Ω

α =89o88'

RW = R - RZ = 522.4- 400 = 122.4 Ω

b) dla kierunku rozładowania ogniwa

R = tg α tg α = = = 714.3 []= Ω

α = 89o91'

RW = R - RZ = 714.3 - 400 = 314.3 Ω

4. Prąd zwarcia.

IZ =

a) dla kierunku ładowania ogniwa

IZ = = 12.25⋅10-3 [A]

b) dla kierunku rozładowania ogniwa

IZ = = 4.14⋅10-3 [A]

5.Rachunek błędów.

ε -błąd względny

Δ - błąd bezwzględny

I) dla kierunku ładowania ogniwa.

a)Δ E = + ⋅0.1 = 0.0875

ε E = ⋅ 100% = 5.8%

b) RW = R-R­Z RZ = 400 Ω - stałe, błąd jest równy zero

ΔRW = ΔR =( )'= ||⋅|ΔU| + ||⋅|ΔU| + ||⋅|ΔI| + +||⋅|ΔI| = ⋅ 0.0875 +  ⋅ 0.0875 + ⋅ 0.0000875 + ⋅ 0.0000875 = 26

ε RW = ⋅ 100% = 21.2%

c) IZ =

Δ IZ =⋅ Δ E + ⋅ Δ RW= ⋅ 0.0875 + = 0.003313

ε IZ = ⋅ 100% = 27%

Wynik

Błąd względny

Jednostka

Błąd

bezwzględny

E

1.5

5.8%

V

0.0875

RW

122.4

21.2%

Ω

26

IZ

12.25⋅10-3

27%

A

0.003313

II) dla kierunku rozładowania ogniwa.

Wynik

Błąd względny

Jednostka

Błąd

bezwzględny

E

1.3

2.5%

V

0.0325

RW

314.3

14.8%

Ω

46.43

IZ

4.14⋅10-3

17.4%

A

0.000714

WNIOSKI

Ćwiczenie to ma zadanie sprawdzić uogólnione prawo Ohma, które mówi, że natężenie prądu płynącego w zamkniętym obwodzie elektrycznym nierozgałęzionym jest wprost proporcjonalne do sumy algebraicznej napięć źródłowych występujących w tym obwodzie, a odwrotnie proporcjonalne do sumy rezystancji całego obwodu.

Z wykresu jest widoczne, że dla układu z połączoną baterią w kierunku ładowania siła elektromotoryczna baterii „przeciwstawia” się sile elektromotorycznej prostownika do wartości SEM prostownika 1.5V

i wtedy w obwodzie nie płynie prąd. Dopiero po przekroczeniu 1.5V SEM prostownika wymusza przepływ prądu, co widać na amperomierzu.

Natomiast dla baterii, która jest włączona do układu w kierunku rozładowania można odczytać z wykresu, że dla SEM źródła równego zero, w układzie płynie prąd wywołany SEM baterii. Kiedy pojawia się SEM na zaciskach prostownika prąd w układzie zaczyna rosnąć, co wskazuje amperomierz, a wywołane jest to tym, że siły elektromotoryczne prostownika i baterii się sumują.

Zależność U = f ( I ) jest charakterystyką liniową, ponieważ te wielkości fizyczne są stałe w czasie. Punkty charakterystyki minimalnie odbiegają od prostej, ponieważ spowodowane to jest błędami paralaksy, niedokładnością przyrządów pomiarowych, rezystancją przewodów oraz rezystancją styków na przyrządach.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Elek- Wyznaczanie równoważnika elektrochemicz miedzi i sta(2, Sprawozdania - Fizyka
3 W LEPKO CIECZY, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labor
PUZON, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Laborki s
sila elektromotoryczna, Fizyka
Atom- Wyznaczanie stałej Plancka i pracy wyjścia elektronów(1), Sprawozdania - Fizyka
WYZNACZANIE STOSUNKU EM ELEKTRONU wersja 2, Pwr MBM, Fizyka, sprawozdania vol I, sprawozdania część
WICZENIE8 12 F, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
Zjawisko dysocjacji elektrolitycznej, Sprawozdania - Fizyka
Badanie propagacji fali elektromagnetycznyj w (SPRAW59), Pwr MBM, Fizyka, sprawozdania vol I, spra
54+, Politechnika Rzeszowska, Elektrotechnika, semestr 2, Fizyka Lab, Sprawozdania, Fizyka Laborator
35 Elektroliza2222, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labor
FIZYKA Siła elektrodynamiczna, indukcja, silnik
Elek- Pomiar SzybkościI Wyjściowej Elektronów, Sprawozdania - Fizyka
Prad elektryczny2, Sprawozdania - Fizyka
Fale Elektromagnetyczne, Sprawozdania - Fizyka

więcej podobnych podstron