3. ELEKTRICKÝ VÝKON V UZAVRETOM OBVODE PRÚDU

Fyzikálny princíp:
Ak vodičom prechádza ustálený elektrický prúd, elektrické sily vykonajú prácu. Vo vnútornej časti obvodu sa vykoná práca W_i=U_i Q a vo vonkajšej časti obvodu práca W=UQ, kde Q je veľkosť náboja, ktorý prejde prierezom vodiča za čas t, a U je svorkové napätie. Výkon prúdu vo vonkajšej časti obvodu je daný vzťahom:

                                                                              (1)
 
Využitím vzťahu pre prúd prechádzajúci obvodom I=Q/t a vzťahu  R=U/I, ktorý vyjadruje Ohmov zákon pre časť el. obvodu, dostávame:

                                                                                      (2)

kde R je odpor vonkajšej časti obvodu. Úpravou vzťahu (2) využitím Ohmovho zákona pre uzavretý obvod I=U_e/(R+R_i) vyplýva:

                                                                         (3)

Zo vzťahu (3) vyplýva, že výkon závisí od elektrického odporu vonkajšej časti obvodu R. Maximálnu hodnotu dosiahne, ak R=R_i, t.j. ak odpor vonkajšej časti obvodu sa rovná vnútornému odporu zdroja.

Obr.  3.1: Zapojenie uzavretého elektrického obvodu a jeho pripojenie k meraciemu panelu pri zobrazení svorkového napätia a prúdu v závislosti na čase.

Cieľ:
Ukázať, že výkon prúdu vonkajšej časti obvodu závisí od elektrického odporu vonkajšej časti obvodu  dosahuje maximálnu hodnotu, ak R=R_i.

Pomôcky:
Zdroj elektromotorického napätia (plochá batéria 4.5V), rezistor R_A (1W, R_A<R_i), rezistor s premenným odporom R₁ (13W), mikropočítač s meracou konzolou a prevodníkom, program IP COACH.

Príprava:
Zostavíme obvod podľa schémy obr. 3.1. Na kanál 1 pripojíme svorkové napätie U, na kanál 2 privedieme napätie merané na rezistore R_A. Kanál 2 okalibrujeme v programe Kalibrácia podľa vzťahu I=U_A/R_A. Po okalibrovaní kanála 2 vojdeme do programu Multiskop, kde nastavíme čas merania t=5s, otvoríme kanály 1, 2 a uzavrieme kanály 3, 4.

Realizácia:                             
V programe Multiskop spustíme meranie napätia a prúdu v závislosti od času. Počas merania meníme plynulým pohybom jazdca rezistora odpor R₁ od maximálnej hodnoty po nulovú a teda meníme výkon prúdu vo vonkajšej časti obvodu.

Spracovanie:
Prv, ako zistíme závislosť P=f(R), musíme zistiť elektrický odpor vonkajšej časti obvodu pri jednotlivých polohách jazdca. Ukončíme program Multiskop a vojdeme do programu Tabuľkový kalkulátor, kde do štvrtého stĺpca tabuľky zadefinujeme vonkajší odpor obvodu R podľa vzťahu R=U/I a do piateho stĺpca tabuľky zadefinujeme výkon P podľa vzťahu P=UI. V programe Spracovanie vykreslíme závislosti U=f(I) a P=f(R) (obr. 3.2). Vidíme, ako sa mení P v závislosti od R pri konštantných parametroch zdroja napätia. Pomocou zámerného kríža (Prezerať) zistíme hodnotu R(P_max) a overíme, či skutočne platí R(P_max)=R_i.                                 Obr.3.2

Otázka:
Ako zistíš vnútorný odpor zdroja?