А.В. Пилипенко
С помощью современных технологий можно превратить обычный персональный компьютер в мощную информационно-измерительную систему с метрологическими характеристиками мирового уровня. Это позволяет заменить десятки дорогостоящих приборов одной такой системой. Потратив 30 тысяч рублей можно получить компьютерный эквивалент приборного оборудования, стоимость которого составляет несколько миллионов рублей. Эта замена открывает нам новые возможности, т.к. за счет новых технологий появляется возможность изучить физические явления, скрытые от непосредственного наблюдения, и автоматизировать эксперимент.
В качестве примера, рассмотрим работу по изучению зависимости полезной мощности, полной мощности и КПД от отношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления. 
Рис. 1 Лицевая панель лабораторной работы
На электрической схеме лабораторной установки, работающей в режиме анимации (рис. 1), источники с различными ЭДС и внутренними сопротивления-ми могут быть поочередно подключены к внешней нагрузке. Ток I и напряжение на резисторе Rе определяются по показаниям вольтметров 1и 2. Режим разомкнутой цепи осуществляют отключением нагрузки ключом К.
Известно, что источник ЭДС с внутренним сопротивлением RlRl, нагруженный на внешнее сопротивление Rе, создает в цепи ток:
Мощность Р=ε*I, развиваемая источником, делится между нагрузкой Ре и источником Рl в том же отношении, что и напряжение:
Мощность, выделяющуюся в нагрузке, называют полезной:
КПД находится по формуле:
С увеличением внешнего сопротивления от нуля - короткое замыкание - до бесконечности - разомкнутая цепь - напряжение Ue на нагрузке возрастает от нуля до значения, равного ЭДС. Ток I в цепи уменьшается до нуля при разомкнутой цепи. Полезная мощность Ре равна нулю как при коротком замыкании, так и разомкнутой цепи. Максимальное значение полезной мощности достигается при Re=Rl – согласовании сопротивлений источника и нагрузки. При эксперименте на экране осциллографа лицевой панели непрерывно отображаются значения напряжения на проводниках и величина тока в цепи. По результатам всего эксперимента рассчитываются зависимости полезной и полной мощности, КПД от отношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника. Эти данные выводятся на двухкоординатный самописец. Кроме того текущие значения этих величин выводятся на цифровые индикаторы. Изменение сопротивления нагрузки, работа и отключение системы производиться автоматически посредством дискретного изменения Rn от 1 до 100 Ом с интервалом 1 Ом.
Рис. 2 .Блок-диаграмма системы измерения
Эта же установка и система измерений могут быть использованы для решения других задач по постоянному току в цепи. При этом учебный эксперимент легко трансформировать в исследовательский. Таким образом, новые технологии делают изучаемые явление практически наглядными, помогают более глубоко освоить материал и получить практические навыки работы с современными средствами физических измерений и методами обработки экспериментальных данных.
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
