Επιστροφή στο αρχικό μενού

Χαρακτηριστική καμπύλη ηλεκτρικής πηγής

Υπολογισμός της εσωτερικής αντίστασης και της ηλεκτρεγερτικής δύναμης ηλεκτρικής πηγής

 

 

Παρατηρήσεις για τον καθηγητή:

 

Η εσωτερική αντίσταση μιας πηγής των 4,5V είναι περίπου 1,5-2 Ω. Από τον τύπο της πολικής τάσης   προκύπτει εύκολα ότι αν τοποθετήσουμε μια εξωτερική αντίσταση ίση ακριβώς με την εσωτερική αντίσταση της πηγής τότε η πολική τάση γίνεται ίση με το μισό της ΗΕΔ της πηγής.

Άρα για να φθάσουμε μέχρι το μισό της καμπύλης της χαρακτηριστικής της αντίστασης θα πρέπει να τοποθετήσουμε στο κύκλωμα αντιστάσεις που η χαμηλότερη τιμή τους να φθάνει μέχρι τα 1-2 Ω.

Με αυτό τον τρόπο πετυχαίνουμε να πάρουμε σημεία από την τιμή Ε/2 και πάνω όπως φαίνεται στο παραπλεύρως σχήμα..

Αυτό όμως παρουσιάζει τα εξής μειονεκτήματα.

1. Επειδή η αντίσταση των 2Ω που χρησιμοποιούμε είναι πολύ μικρή, η μπαταρία μας αδειάζει πολύ γρήγορα, με αποτέλεσμα να χρειαζόμαστε για κάθε πείραμα και νέα μπαταρία.
2. Επειδή η μπαταρία αδειάζει κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της, οι ενδείξεις των οργάνων τόσο της τάσης όσο και της έντασης δεν παραμένουν σταθερές.

 

 

 

 

 

 

 

Για να αντιμετωπίσουμε αυτά τα προβλήματα προτείνουμε το εξής. Να χρησιμοποιηθούν μεγάλες αντιστάσεις. Αν χρησιμοποιήσουμε 4 αντιστάτες των 100 Ω και τους βάζουμε κάθε φορά και έναν επιπλέον παράλληλα, θα έχουμε  τις τιμές 100, 50, 33, και 25 Ω. Έτσι η μπαταρία μας δεν θα αδειάζει γρήγορα και οι ενδείξεις των οργάνων θα παραμένουν σταθερές. Βέβαια τα σημεία της χαρακτηριστικής καμπύλης θα συγκεντρωθούν στην κορυφή της καμπύλης. Γι΄ αυτό προτείνουμε τον άξονα της τάσης V να μην τον βαθμολογήσουμε ξεκινώντας από τη τιμή μηδέν, αλλά από τη χαμηλότερη που μετρήσαμε. Από τη κλίση της ευθείας βρίσκουμε την εσωτερική αντίσταση της πηγής και από τη σχέση Ε/r  προσδιορίζουμε το ρεύμα βραχυκύκλωσης, το οποίο σημειωτέων δεν θα φαίνεται στο διάγραμμα.

 

Μερικές χαρακτηριστικές μετρήσεις:

 

Πολική τάση σε (V)	Ρεύμα σε (mA)
4,43	0,0
4,37	42,5
4,33	80,2
4,30	112,0

 

 

 

 

 Η κλίση της ευθείας ισούται με την εσωτερική αντίσταση της πηγής άρα είναι 0,0012V/mA=1,2Ω. Το ρεύμα βραχυκύκλωσης ισούται με Iβρ=E/r=4,43/1,2A=3,7A

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ :

 

 

 

 

 

 

 

ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΕΙΑΣΤΟΥΜΕ: 

 

·         2 πολύμετρα εργαστηρίου.

 

·         Μια μπαταρία πλακέ 4,5V

 

·         Καλώδια σύνδεσης με μπανάνες και κροκοδειλάκια.

 

·         3-4 Αντιστάτες των 100 Ω

 

.

Α. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

 

1.      Σχεδιάζουμε το σκίτσο ενός κυκλώματος που περιλαμβάνει σε σειρά πηγή, αντιστάτη, δια-κόπτη, αμπερόμετρο και παράλληλα στην πηγή ένα βολτόμετρο, για να μετρά την πολική τάση, στον ειδικό χώρο του πίνακα Α.

2.      Υλοποιούμε το κύκλωμα με τα υλικά και τα όργανα που μεταφέραμε στον πάγκο μας.

3.      Ως πηγή χρησιμοποιούμε την μπαταρία των 4,5V.

4.      Ως βολτόμετρο και αμπερόμετρο χρησιμοποιούμε τα πολύμετρα του εργαστηρίου ρυθμισμένα κατάλληλα.

5.      Τοποθετούμε στην αρχή την πρώτη αντίσταση των 100Ω και κάθε φορά τοποθετούμε μία επιπλέον αντίσταση παράλληλα με αυτή.   

 

 

ΠΙΝΑΚΑΣ Α	Σχηματική αναπαράσταση του κυκλώματος
α/α	Ένδειξη  Βολτομέτρου (V) Volt	Ένδειξη  Αμπερομέτρου (I) Ampere
1.
2.
3.
4.
5.

 

ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΣΠΙΤΙ:

1. Με βάση τις τιμές της 2^ης και 3^ης στήλης του πίνακα Α., σχεδιάζουμε τη γραφική παράσταση της τάσης στα άκρα της μπαταρίας σε συνάρτηση με την ένταση του ρεύματος που την διαρρέει. Φέρουμε μία ευθεία γραμμή που να περνά ανάμεσα από τα πειραματικά σημεία.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
2. Από τον νόμο του ΟΗΜ για κλειστό κύκλωμα V=Ε-i⋅r, φαίνεται ότι η κλίση της (πειραματικής) ευθείας I = f(V) ισούται με την εσωτερική αντίσταση της πηγής. Επομένως η εσωτερική αντίσταση της πηγής ισούται:
   
    …………………………………..

 

3. Ποιο μέγεθος παριστάνει το σημείο τομής της ευθείας με τον άξονα των τάσεων; ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………….
   
   
4. Ποια είναι η τιμή του μεγέθους αυτού; ………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
   
   
5. Συμφωνεί με την τάση της πηγής εν κενώ που μετρήσαμε; ….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6. Διατυπώστε τα συμπεράσματά σας: ……………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
   
   
7. Ποιο μέγεθος παριστάνει το σημείο τομής της ευθείας με τον άξονα των εντάσεων; ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
   
   
8. Ποια είναι η τιμή του μεγέθους αυτού; …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….