Тема: Вимірювання потужності споживача електроенергії
Мета: опанувати метод вимірювання потужності електричного струму за допомогою вольтметра та амперметра.
Обладнання: джерело струму, вольтметр, амперметр, ключ, лампа на підставці, реостат, з’єднувальні дроти, два резистори.
Підготовка до експерименту
Визначення номінальних параметрів: на цоколі лампи зазначено напругу 3,5 В ($U_{ном}$) та силу струму 0,26 А ($I_{ном}$).
Таблиця результатів
| Номер досліду | Напруга, В | Сила струму, А | Потужність струму, Вт | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| $U_{ном}$ | $U_{\text{ф}}$ | $I_{ном}$ | $I_{\text{ф}}$ | $P_{ном}$ | $P_{\text{ф}}$ | |
| 1 | 3,5 | 2,5 | 0,26 | 0,21 | 0,91 | 0,525 |
| 2 | 3,5 | 3,5 | 0,26 | 0,26 | 0,91 | 0,91 |
Опрацювання результатів
- Розрахунок фактичної потужності ($P_{\text{ф}} = U_{\text{ф}} \cdot I_{\text{ф}}$):
- Дослід 1: $P_1 = 2,5 \text{ В} \cdot 0,21 \text{ А} = 0,525 \text{ Вт}$.
- Дослід 2: $P_2 = 3,5 \text{ В} \cdot 0,26 \text{ А} = 0,91 \text{ Вт}$.
- Розрахунок номінальної потужності ($P_{ном} = U_{ном} \cdot I_{ном}$):
- $P_{ном} = 3,5 \text{ В} \cdot 0,26 \text{ А} = 0,91 \text{ Вт}$.
Аналіз експерименту та його результатів
1) Яку фізичну величину вимірювали та якими приладами?
Вимірювали електричну потужність лампи розжарювання. Застосовували вольтметр (для напруги) та амперметр (для сили струму).
2) Який результат отримали?
У першому випадку (реостат у середньому положенні) фактична потужність становила 0,525 Вт. У другому (при номінальній напрузі) — 0,91 Вт.
3) Чи збігаються значення фактичної та номінальної потужності?
У першому досліді значення відрізняються ($P_{\text{ф}} < P_{ном}$), оскільки реостат знизив напругу на лампі. У другому досліді, коли виставили номінальну напругу, результати збіглися.
4) Які чинники могли вплинути на точність?
На точність впливають похибки приладів, помилки при зчитуванні показників зі шкали та нагрівання провідників.
Творче завдання
План проведення експерименту:
- Зібрати електричне коло: джерело струму, ключ, амперметр та два резистори, з’єднані послідовно. Вольтметр підключити паралельно до ділянки з резисторами.
- Замкнути коло, виміряти напругу $U$ та струм $I_{пос}$. Обчислити потужність $P_{пос} = U \cdot I_{пос}$.
- Перезібрати схему, з’єднавши ті самі резистори паралельно.
- Встановити (реостатом або джерелом) таку саму напругу $U$, як у першому досліді. Виміряти струм $I_{пар}$.
- Обчислити потужність $P_{пар} = U \cdot I_{пар}$ і порівняти її з $P_{пос}$.
Теоретичне обґрунтування:
При паралельному з’єднанні загальний опір менший ($R/2$), ніж при послідовному ($2R$). Оскільки потужність розраховується як $P = U^2 / R$, то за однакової напруги менший опір забезпечує значно більшу потужність. Експеримент підтвердить це на практиці.