Měření zatěžovací charakteristiky ploché baterie

Celou práci jsem sice dělal jenom já a něco jsem si zjistil od ostatních, ale nevadí.. Ivan

Ivan Bareš, Jana Kopecká, Lukáš Petřík (2001-2002)

Laboratorní práce z fyziky: Měření zatěžovací charakteristiky ploché baterie

Úkoly:

Změřte zatěžovací charakteristiku ploché baterie(1) a určete její vnitřní odpor(2).

Pomůcky:

Voltmetr, ampérmetr, reostat, propojovací kablíky, plochá baterie (4,5V).

Zkratky:

U - napětí na nezatíženém zdroji; U - elektromotorické napětí; R - vnitřní odpor zdroje; R - odpor reostatu; I - proud; U - svorkové napětí; I - zkratový proud.

Postup:

(1) Nejprve připojíme k baterii voltmetr a tím změříme napětí nezatíženého zdroje (U ). Napětí se nazývá "napětí na prázdno" a jeho velikost je stejná jako velikost elektromotorického napětí (U ) nezatíženého zdroje (U =U ). Postupným zmenšováním odporu reostatem zvětšujeme proud (I) v obvodu (podle vztahu U=RI) a při tom měříme svorkové napětí (U). Zatěžovací charakteristika ploché baterie a pravděpodobně i bateríí stejného či podobného typu má lineární průběh. S rostoucím proudem (I) se svorkové napětí zmenšuj (rozdíl U - U je přímo úměrný proudu). Baterie se chová jako kdyby byla sériově složená z ideálního zdroje s konstantním napětím (U = U ) a z rezistoru (o odporu R ), který se nazývá vnitřní odpor zdroje. Úbytek napětí na vnitřním odporu je tedy U -U=R I, z čehož lze vyvodit, že U=U -R I. Na základě Ohmova zákona pro uzavřený obvod platí pro elektromotorické napětí, předpokladu, že U = U vztah U =U =U+R I=(R+R )I.

(2) Při zmenšování odporu (R) reostatem až na nulovou hodnotu nastává spojení nakrátko - lidověji "zkrat", obvodem prochází zkratový proud. Ten si zjistíme na základě podobnosti trejúhelníků v grafu zatěžovací charakteristiky. Zjištěnou hodnotu I pak použijeme pro určení vnitřního odporu ploché baterie podle vztahu R =U /I .

Měření:

(1) Napětí U = U =4,1V (baterii již pravděpodobně někdo zneužil k jiným pokusům, nebo se projevilo její stáří)

	I[A]		U[V]
měření	počet dílků	mA	počet dílků	V
1	14	70	32	3,2
2	20	100	30	3,0
3	23	115	29	2,9
4	27	135	28	2,8
5	32	160	27	2,7
6	35	175	26	2,6
7	38	190	25	2,5
8	42	210	24	2,4
9	47	235	22	2,2
10	58	290	19	1,9

1 dílek při měření I (rozsah 300mA, počet dílků 60):
300/60=5mA

1 dílek při měření U (rozsah 6V, počet dílků 60):
6/60=0,1V

Př. Naměříme proud o velikosti 14 dílků při rozsahu ampérmetru 300mA a celkovém počtu dílků stupnice 60. Kolik mA jsme ve skutečnosti naměřili?
300/60*14=70mA

(2) Určíme vnitřní odpor baterie na základě zkratového proudu (R = U /I =4,1/0,595=6,89 ohmů (?)

Závěr:

Podle naměřených hodnot jsme zhotovili graf zatěžovací charakteristiky ploché baterie. Z grafických údajů jsme si určili hodnotu zkratového proudu a vnitřního odporu ploché baterie (zdroje). Je třeba přihlédnout k následujím skutečnostem, snižujících přesnost měření a výpočtů. Ovlivnit pokus může např. nepřesnost při čtení údajů u ampérmetru a voltmetru, kdy lidským okem nelze přesně přečíst ručičkou zobrazovanou hodnota (jiný případ by byl ampérmetr a voltmetr digitální), dále vzniká určitá nepřesnost vlivem nedokonalosti přístroje (tření uvnitř, při pohybu ručičky), nebo jeho zastaralostí. Také by se neměl zanedbávat vliv měřících přístrojů na námi měřený obvod, kdy např. na ampérmetru ubývá napětí, či voltmetrem prochází nepatrný elektrický proud. Celková odchylka měření je odchylka vyplývající ze všech výše uvedených chyb.