Загальна інформація
Застосування
Приклади характеристик струму та потужності із системи збору даних
Вольт-амперна характеристика і потужність сонячного елемента
Вольт-амперна характеристика сонячного елемента описує його поведінку під навантаженням. Вихідна потужність сонячного елемента максимальна тоді, коли його внутрішній опір дорівнює зовнішньому опору.
У цьому досліді за допомогою системи збору даних наочно показано принцип вольт-амперної характеристики із застосуванням магазина опорів.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Основи вимірювання сили струму й напруги, а також визначення енергії та потужності за цими вимірюваними величинами мають бути відомі.
Принцип
Щоб зняти характеристику, до сонячного елемента приєднують магазин опорів із 12 положень перемикача з різними опорами.
У цьому досліді знімають результати вимірювань, за якими можна побудувати характеристики струму та потужності.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні розпізнають характерний хід кривої характеристики.
За виміряними значеннями можна обчислити внутрішній опір .
Вказівка
Якщо в електричному колі одночасно вимірюють напругу й силу струму, то розташування вольтметра та амперметра в колі може бути важливим для точності вимірювання.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
Вольт-амперна характеристика
Різні електричні елементи можна описати їхньою вольт-амперною характеристикою. Як показано праворуч, за характеристикою можна визначити, наприклад, значення опору або поведінку діода під час перемикання.
Навантажуючи джерело напруги, у цьому досліді - сонячний елемент, різними опорами навантаження, можна визначити відповідні робочі точки й побудувати за ними вольт-амперну характеристику.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 | 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 | 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 1 | 4 | З'єднувальний, з роз'ємом, модуль DB | 09401-10 | 2 | 5 | Сонячний елемент, 2,5 см x 5 см, модуль DB | 09470-00 | 1 | 6 | Декада опорів, DB | 09420-00 | 1 | 7 | Тримач із затискачем для демонстраційної дошки | 02164-00 | 1 | 8 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 | 9 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=750 мм | 02033-00 | 1 | 10 | Ламповий патрон E27, з відбивачем, перемикачем, запобіжником | 06751-01 | 1 | 11 | Лампа розжарювання з рефлектором, 230 В/ 120 Вт | 06759-93 | 1 | 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 | 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 | 14 | З'єднувальний провідник, 500 мм, жовтий | 07361-02 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Зібрати електричне коло з магазином опорів.
- Розташувати мультиметри так, щоб можна було вимірювати силу струму й напругу.
- На правому мультиметрі встановити вимірювання сили струму в .
Складання (2/2)
- Над сонячним елементом, на верхньому краї демонстраційної дошки, ретельно закріпити гвинтом тримач із затискачем на опорі й закріпити в ньому штативний стрижень.
- На кінці штативного стрижня закріпити лампу з рефлектором і спрямувати її на сонячний елемент.
- Відстань має становити приблизно 40 см.
Виконання (1/2)
- Повернути ручку магазина опорів у положення 0 (коротке замикання).
- Увімкнути лампу і спрямувати її на сонячний елемент так, щоб сила струму в цьому положенні (сила струму короткого замикання) становила приблизно 180 мА.
- Виконати одиничне вимірювання, внести результат у таблицю в опрацюванні результатів і обчислити потужність у цій робочій точці.
- Швидко одне за одним (чекаючи щоразу лише близько 1 с) виконати одиничні вимірювання в решті положень перемикача включно з .
Виконання (2/2)
- Вимкнути лампу.
- Повернути ручку магазина опорів у положення 0 Ω (коротке замикання).
- Змінити положення лампи і зняти вольт-амперну характеристику для сили струму короткого замикання приблизно 140 мА.
- Внести результати вимірювань у другу таблицю й обчислити потужність.
Опрацювання результатів (1/4)
1-ша частина досліду: сила струму короткого замикання приблизно 180 мА:
Опір 0 0,1 0,33 1 2,2 3,3 10 22 33 100 330
Сила струму
Напруга
Потужність
0 0,1 0,33 1 2,2 3,3 10 22 33 100 330
R=0, I=
R=0,1, I=
R=3,3, I=
R=10, I=
R=22, I=
R=0,33, I=
R=1, I=
R=2,2, I=
R=33, I=
R=100, I=
R=330, I=
R=нескінченність, I=
R=0, U=
R=0,1, U=
R=0,33, U=
R=1, U=
R=2,2, U=
R=3,3, U=
R=10, U=
R=22, U=
R=33, U=
R=100, U=
R=330, U=
R=нескінченність, U=
R=0, P=
R=0,1, P=
R=0,33, P=
R=1, P=
R=2,2, P=
R=3,3, P=
R=10, P=
R=22, P=
R=33, P=
R=100, P=
R=330, P=
R=нескінченність, P=
Опрацювання результатів (2/4)
2-га частина досліду: сила струму короткого замикання приблизно 140 мА:
Опір 0 0,1 0,33 1 2,2 3,3 10 22 33 100 330
Сила струму
Напруга
Потужність
0 0,1 0,33 1 2,2 3,3 10 22 33 100 330
R=0, I=
R=0,1, I=
R=3,3, I=
R=10, I=
R=22, I=
R=0,33, I=
R=1, I=
R=2,2, I=
R=33, I=
R=100, I=
R=330, I=
R=нескінченність, I=
R=0, U=
R=0,1, U=
R=0,33, U=
R=1, U=
R=2,2, U=
R=3,3, U=
R=10, U=
R=22, U=
R=33, U=
R=100, U=
R=330, U=
R=нескінченність, U=
R=0, P=
R=0,1, P=
R=0,33, P=
R=1, P=
R=2,2, P=
R=3,3, P=
R=10, P=
R=22, P=
R=33, P=
R=100, P=
R=330, P=
R=нескінченність, P=
Опрацювання результатів (3/4)
За знятими результатами вимірювань і обчисленими значеннями потужності можна побудувати характеристики.
Приклад із системи збору даних
Питання
Питання
Питання
Питання
Опрацювання результатів (4/4)
За характеристикою потужності джерела напруги можна визначити його внутрішній опір : він дорівнює зовнішньому опору в максимумі кривої. Якщо якийсь результат вимірювання лежить точно в максимумі характеристики потужності, то опір можна прочитати просто з положення перемикача.
Потім до цієї напруги за вольт-амперною характеристикою зчитують відповідну силу струму і наближено обчислюють внутрішній опір .
- У точці максимуму зчитують такі значення і :
Вимірювання 1: Вимірювання 2:
Вимірювання 1, P=
Вимірювання 1, U=
Вимірювання 2, P=
Вимірювання 2, U=
Вимірювання 1, I=
Вимірювання 1, Ri=
Вимірювання 2, I=
Вимірювання 2, Ri=