Slezská univerzita v Opavě – Filosoficko-přírodovědecká fakulta

                         Fyzikální praktikum II – Elektřina a magnetismus

Jméno:


Ročník, obor:


Vyučující:


Akademický rok:

2021/2022

Spolupracující:

                                           Název úlohy:

                                 Zatěžovací charakteristika zdroje

                                    VA charakteristika žárovky

Datum měření:



Číslo úlohy:

             E4

Datum odevzdání:




Teoretický úvod


Zatěžovací charakteristika zdroje


Zdroj napětí (např. galvanický článek), jehož svorky nejsou propojeny žádným vodičem, nazýváme
nezatížený zdroj a napětí na svorkách elektromotorické napětí zdroje. Naopak zdroj, který dodává do
vnějšího obvodu proud, nazýváme zatížený. Uzavřený elektrický obvod se skládá ze dvou částí. Vnější
část obvodu tvoří rezistory, vodiče apod.  Této části přiřazujeme vnější odpor obvodu R. Vodivý
prostor mezi svorkami uvnitř zdroje tvoří vnitřní část obvodu, kterému přiřazujeme vnitřní odpor
zdroje .

 Oběma částmi uzavřeného obvodu protéká proud I. Je-li napětí na vnější a  na vnitřní části obvodu,
potom ze zákona zachování energie ( E = UQ ) plyne:

                    U[e ]= U + U[i]

                   U[e =]RI +R[i]I




Proud v uzavřeném obvodu se rovná podílu elektromotorického napětí zdroje a součtu odporů vnější a
vnitřní části obvodu.

Uvedená formulace se nazývá Ohmův zákon pro uzavřený obvod. Veličinu U = RI nazýváme svorkové
napětí zdroje, veličina  U[i] = R[i]I   je úbytek napětí na zdroji.

Podle hodnoty vnitřního odporu  R[i]  rozlišujeme tvrdé zdroje napětí s nepatrným  R[i]  a měkké
zdroje napětí  s větším R[i].


Pro  I  = 0  /nezatížený zdroj / je

 Pro tzv. zkrat, tj.  pro  R =  0, je  U  =  0. V tomto případě teče obvodem zkratový proud








Zatěžovací charakteristika zdroje je graf závislosti svorkového napětí zdroje na odebíraném proudu.
S rostoucím proudem svorkové napětí lineárně klesá (viz obrázek).




Výkon ve spotřebiči



závisí na velikosti proudu kvadraticky, grafem je tedy parabola. Maximálního výkonu dosáhneme, když




  V takovém případě je    a maximální výkon je



Složitější situace nastává u fotovoltaického článku. Zde pokles napětí není lineární.


Voltampérová charakteristika spotřebiče


Voltampérová charakteristika spotřebiče je graf závislosti proudu, který prochází spotřebičem na
napětí na spotřebiči. Technické rezistory jsou vyrobeny z materiálů s malým teplotním součinitelem
odporu a mají velký povrch, takže se ohřívají málo. Proto jejich voltampérová charakteristika je
lineární. Žárovka má wolframové vlákno, které se průchodem proudu silně zahřívá a jeho odpor za
provozu je několikanásobně větší než za studena. Proto voltampérová charakteristika žárovky není
lineární.




Úkoly


1.      Změřte zatěžovací charakteristiku ploché baterie.

2.      Změřte zatěžovací charakteristiku monočlánku.

V obou případech maximální zatěžovací proud  zvolte pro pokles elektromotorického napětí na
polovinu. Zkratový proud a vnitřní odpor stanovte z grafu zatěžovací charakteristiky. Vypočtěte
maximální výkon.

3.       Změřte zatěžovací charakteristiku fotovoltaického článku.

4.      Stanovte voltampérovou charakteristiku žárovky.


Pomůcky :


Zdroj napětí, voltmetr, ampérmetr; plochá baterie, monočlánek reostat,  žárovka, fotovoltaický
článek, vodiče



1. Zatěžovací charakteristika ploché baterie


Pro měření použijeme toto zapojení. Proud regulujeme reostatem.














Číslo měření

                                                                                              U [ V]

                                                                                                                                       I [A]

























Graf













         U[e] =                            I[K] =                              R[i]
=                                     P[max ]=




2. Zatěžovací charakteristika monočlánku


Pro měření použijeme stejné zapojení jako u ploché baterie.


Číslo měření

                                                                                              U [ V]

                                                                                                                                       I [A]


















Graf














          U[e] =                            I[K] =                              R[i]
=                                     P[max ]=




3. Zatěžovací charakteristika fotovoltaického článku


Pro měření použijeme stejné zapojení jako u ploché baterie.



Číslo měření

                                                                                              U [ V]

                                                                                                                                       I [A]




















Graf














4. Voltampérová charakteristika žárovky


Pro měření použijeme toto zapojení. Napětí regulujeme potenciometrem.
















Číslo měření

                                                                                              U [ V]

                                                                                                                                       I [A]



















Graf



























Závěr