Университет XXI века: научное измерение

Естественные и точные науки 475 Ю. В. Бобылёв, А. И. Грибков, Р. В. Романов Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого ДОСТИЖИМ ЛИ КПД 100 %? Аннотация. В работе показано влияние характеристик измерительных приборов на КПД электрической цепи. Ключевые слова: электрическая цепь, постоянный ток, вольтметр, амперметр, сопро- тивление, коэффициент полезного действия, КПД. При изучении физики можно столкнуться с достаточно парадоксальными ситуациями и утверждениями. Например, если какой-то механизм не работает, то его полезная работа равна 0, но и затраченная работа также равна 0, поэтому коэффициент полезного действия (КПД, η ) в виде неопределённости 0/0 может стремиться к конечной величине. Самый известный пример из элементарной физики – это КПД простой замкнутой электрической цепи. Рис. 1. Схема 1 Рис. 2. Схема 2 Если не учитывать сопротивления приборов на схемах 1 и 2, то зависи- мость η( I A ), протекающего через амперметр, имеет вид прямой 1 A r I η ε = − , (1) где ε – ЭДС источника, r – его внутреннее сопротивление. Данная зависимость показана на рис. 3 (линия 3). Виртуальный эксперимент в форме OCX- приложения для html-документа по экспериментальному построению данной зависимости рассматривался, например, в [1, 2]. Из (1) и возникает иллюзия, что если в цепи ничего не происходит, то есть I A → 0, то η→ 1 или 100%, так что вопрос, вынесенный в заголовок публикации, не такой уж бессмысленный и физически неоправданный. При теоретическом рассмотрении и идеальных приборах – результат достижим. Если же отнестись к задаче более аккуратно и рассматривать приборы, приближенные к реальным, то такой вывод становится даже близко невозмож- ным. По схеме 1 получается линия 1, а по схеме 2 – линия 2 на рис. 3. Расчёт в вычислительной среде PTC Mathcad проведён при следующих параметрах: ε = 16 В, r = 20 Ом, R V = 75 Ом, R A = 5 Ом, R max = 100 Ом. Такие величины со- ответствуют выпрямителю селеновому ВС 4-12 с дополнительно впаянным