Измерение электрической мощности

P = U·I, P = ΔA/Δt

Цель работы

Определить электрическую мощность нагрузки по показаниям амперметра и вольтметра и по приросту энергии за промежуток времени; сравнить результаты и исследовать влияние напряжения и нагрузки.

Теоретические сведения

Мощность электрического тока

Мощность характеризует скорость передачи электрической энергии. Средняя мощность на выбранном интервале определяется отношением совершённой работы к его длительности:

P = \frac{Δ A}{Δ t}

$P$ — мощность (Вт);
$Δ A = A_{2} - A_{1}$ — прирост показания счётчика энергии (Дж);
$Δ t = t_{2} - t_{1}$ — время между измерениями (с).

Один ватт соответствует одному джоулю за секунду.

Напряжение, ток и мощность

Для постоянного тока мощность также определяется произведением напряжения на нагрузке и тока через неё:

P = U \cdot I

Здесь $U$ измеряют в вольтах, $I$ — в амперах. Для резистора с постоянным сопротивлением $R$ закон Ома даёт $P = U^{2} / R$ : зависимость мощности от напряжения не является линейной.

Сравнение способов измерения

Для сравнения $U I$ и $Δ A /Δ t$ используют один опыт с неизменными напряжением и нагрузкой. Интервал времени должен быть ненулевым. Счётчик показывает энергию, а не мощность: увеличение длительности увеличивает накопленную энергию, но при неизменных условиях не меняет мощность. Приборы и источник в модели идеальные.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Выберите «Резистор 1», установите напряжение 4 В и длительность опыта 20 с. Обратите внимание на подключение амперметра и вольтметра.
Нажмите «Старт» и запишите не менее четырёх измерений кнопкой «Измерить» или с помощью автоизмерения. Снимайте показания напряжения, силы тока, времени и счётчика энергии. При необходимости используйте паузу: секундомер и счётчик энергии остановятся вместе.
Выберите два измерения с разным временем в пределах этого опыта. Самостоятельно определите прирост энергии и длительность промежутка, а затем мощность по данным счётчика и секундомера.
Независимо определите мощность по показаниям амперметра и вольтметра. Сравните результаты двух способов. Учтите округление показаний при записи измерений.
Для той же серии выберите другой промежуток времени. Сравните полученные мощности. Постройте график энергии от времени и объясните, что показывает его наклон.
После завершения опыта оставьте ту же нагрузку, установите 8 В и повторите измерения. Сравните мощность при двух напряжениях. Установите, во сколько раз она изменилась при удвоении напряжения.
При напряжении 8 В проведите отдельные опыты с «Резистором 2» и «Резистором 3». Определите мощность каждой нагрузки двумя способами. Сравните мощности с показаниями амперметра.
Выберите одну нагрузку и повторите опыт при прежнем напряжении с другой длительностью. Сравните накопленную энергию и мощность. Объясните, почему эти величины нельзя отождествлять.
Сформулируйте вывод о способах измерения мощности, её зависимости от напряжения и нагрузки и отличии мощности от энергии.

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	U, В	I, А	t, с	E, Дж	№	№	№	№	№	l, м	S, мм²	№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

Выберите резистор 1 и напряжение 8 В. По показаниям вольтметра и амперметра найдите мощность нагрузки. Ответ в ваттах до целых.

Вопрос для размышления

Почему при удвоении напряжения на том же резисторе мощность возрастает сильнее, чем в два раза?