Після проведення даного експерименту Ви зможете визначати величину потужності, що розсіюється на резисторі, і висловлювати зв'язок між опором навантаження і внутрішнім опором джерела для максимальної передачі потужності.
* Джерело постійної напруги
* Резистори - 1/4 Вт, 5%:
один резистор 120 Ом, один резистор 150 Ом, один резистор 220 Ом, один резистор 470 Ом, два резистора 1 кОм, один резистор 2, 2 кОм, один резистор 4, 7 кОм, один резистор 10 кОм.
Пояснюючи на елементарному рівні, електрична потужність розсіюється на опорі. Всякий раз, коли через опір протека ет ток, витрачається потужність. Ця потужність виділяється в формі тепла. При низьких рівнях потужності формується незначна кількість теплоти. Коли використовуються більш сильні струми, розсіюється більше потужності, і генеруються більш значні рівні тепла. Ось чому багато електроелементи нагріваються під час роботи.
Більшість електронних компонентів розробляється таким чином, що вони можуть витримувати тільки певну максимальну величину потужності. Це справедливо для резисторів, транзисторів і інших пристроїв. Наприклад, стандартні композиційні та плівкові резистори випускаються з номінальними значеннями потужності 1/8, 1/4, 1/2, 1 і 2 Вт. Чим вище номінальна потужність резистора, тим більше його розмір для забезпечення надійного розсіювання цієї потужності. Таким чином, номінальна потужність резистор вказує на ту максимальну потужність, яку може надійно розсіювати даний резистор.
При розробці електронних схем необхідно розраховувати величину потужності, що розсіюється резистором, для забезпечення того, щоб ця потужність була нижче номінальної потужності резистора. Якщо цього не зробити, резистор може буквально згоріти. Для ілюстрації: для резистора потужністю 1/4 Вт значення струму і напруги повинні бути такими, щоб повна розсіюється резистором потужність була менше, ніж ця номінальна потужність 1/4 Вт.
Потужність може розраховуватися за допомогою трьох наступних основних формул:
Вибирайте формулу, засновану на значеннях струму, напруги або опору, які Вам відомі.
Передача потужності від джерела живлення до навантаження
В електричних і електронних системах бажано передавати якомога більше потужності від джерела живлення до навантаження. Максимальна передача потужності від генератора, батареї, джерела живлення або іншої електронної схеми має місце, коли навантаження узгоджена з внутрішнім опором генератора (рис. 10-1).
На цьому малюнку батарея послідовно з'єднана з резистором Ri, який ми будемо називати внутрішнім опором джерела Ri. Навантаження, до якої передається потужність, позначена як RL. Щоб до навантаження передавалася максимальна потужність, опір навантаження має дорівнювати внутрішньому опору генератора. На малюнку 10-1 в навантаження буде передаватися максимальна потужність, якщо, наприклад, RL = 1000 Ом і Ri, = 1000 Ом.
Однак оскільки два опору однакові, то в кожному з цих опорів буде рас
сеіваться половина потужності. Це означає, що в разі максимальної передачі потужності як в джерелі, так і в навантаженні розсіюється одна і та ж величина потужності. Це відповідає ефективності лише 50%, проте передача максимальної потужності має місце тільки за такої умови.
В даному експерименті Ви приступаєте до розгляду ефекту розсіювання потужності на опорі. Покажіть на практиці, що формується тепло. Далі продемонструйте режим, при якому має місце максимальна передача потужності.
I. Розгляньте просту схему, показану на малюнку 10-2. При заданих значеннях напруги і опору, показаних на малюнку, обчисліть і запишіть величину потужності, що розсіюється резистором. Р = _____ Вт
2. Зберіть схему, показану на малюнку 10-2. Через кілька секунд доторкніться швидко до резистора, щоб відчути нагрівання резистора, але будьте дуже обережні. Резистор може дуже сильно нагрітися. Залиште резистор на кілька хвилин підключеним і зауважте ефект протікання через нього струму. За умови, що більшість використовуваних в шкільній лабораторії резисторів представляють собою елементи з потужністю 1/4 Вт, вкажіть, чи була перевищена номінальна потужність даного резистора.
3. Зберіть схему, показану на малюнку 10-3. У ній резистор 1 кОм є імітацією внутрішнього опору генератора 9 В, представленого джерелом харчування. За крок 4 Ви будете підключати резистори з різними опорами в якості навантаження і визначати величину потужності, яка розсіюється в кожному випадку.
4. У наступній таблиці наведені значення опорів, які Ви будете використовувати в якості навантаження. Починаючи з самого маленького з зазначених значень, підключіть цей резистор до схеми, яку Ви тільки що зібрали. Виконайте заміри напруги на опорі, а потім розрахуйте величину розсіюється на ньому потужності. Повторюйте цей крок для кожного приведеного в таблиці опору і записуйте одержувані значення в таблицю.
5. Зверніться тепер до Ваших табличних даних. -аметьте, який опір навантаження призводить до найбільшої величини потужності розсіювання.
6. Як це співвідноситься порівняно з внутрішнім опором генератора?
7. размонтіруйте схему.
1. Потужність, що розсіюється на резисторі, до якого прикладено напругу 12 В і через який протікає струм 0,15 А, становить:
2. Струм, що протікає через резистор 22 Ом, має величину -А. Потужність, що розсіюється має величину:
3. До резистору 4,7 кОм, 1/4 Вт докладено напруга 40 В. При цьому потужність, що розсіюється на резисторі, перевищує номінальну потужність:
а) висловлювання вірно,
б) висловлювання невірно.
4. Потужність розсіюється у вигляді:
г) магнітного поля.
5. Радіопередавач має вихідний опір 500м. Його навантаженням служить антена. Антена для забезпечення максимальної вихідної потужності повинна мати опір: