Из формулы (7) по показаниям амперметра и вольтметра определить L в генри.
-
Определить емкость. С помощью переключателя согласно рис. 5 подключить цепь к переменному напряжению. Пользуясь реостатом, установить ток и
-
напряжение, достаточные для измерения, Из формулы найти емкость конденсатора С в фарадах.
-
Проверить полный закон Ома для переменного тока.
Для этого необходимо переключателем включить в сеть переменного напряжения цепь установки, изображенной на рис. 6. Здесь в цепь переменного тока включены последовательно: катушка индуктивности, омическое сопротивление и емкость. Изменяя сопротивление реостата, установить достаточные показания приборов и произвести отсчеты.
По данным измерений, определить полное сопротивление.
(8)
По найденным ранее значениям R1, L и C определить вычислением полное сопротивление согласно левой части равенства (8) и сравнить вычисленное значение с найденным экспериментально, пользуясь правой частью формулы (8).
-
По заданному значению переменного тока в цепи (I4=0,1 А) определить амплитудное значение тока и амплитудное значение падений напряжений на омическом, индуктивном и емкостном сопротивлениях. По данным значениям падений напряжений построить векторную диаграмму. Пользуясь диаграммой определить косинус сдвига фаз между током и ЭДС.
Контрольные вопросы:
1.Что называется периодом, частотой, амплитудой, фазой гармонического колебания?
2.Запишите уравнение смещения колеблющейся точки при гармонических колебаниях и объясните все величины, входящие в него.
3.Графическое изображение гармонических колебаний.
4.По какому закону изменяется амплитуда при затухающих колебаниях.
5.В чем заключается явление резонанса?
6.Нарисуйте последовательный и параллельный колебательные контуры.
7.Объясните явления, протекающие в колебательном контуре.
8.Что называется добротностью колебательного контура?
9.Нарисуйте график резонансной кривой.
10.Напишите выражения для емкостного.
11.Напишите выражение для емкостного сопротивления.
12.Напишите выражение для индуктивного сопроттивления.
Лабораторная работа № 58
Закон Ома для цепей переменного тока
Фамилия И.О. _____________ Группа ______ Дата ______
Введение
Для цепей переменного тока сила тока, падение напряжений и электродвижущая сила (ЭДС) представляют собой синусоидальные функции времени.
Все эти величины меняются со временем по закону гармонических колебаний, определяемых формулой:
(1)
где а – амплитуда; - фаза колебаний; - начальная фаза.
-
Пусть в цепи действует внешняя ЭДС (рис. 1)
(2)
и пусть в цепи имеется только омическое сопротивление. Закон Кирхгофа для такой цепи запишется так:
Откуда
Если - максимальное значение тока в цепи, то
(3)
Сравнивая формулы (2) и (3), видно что у тока и внешней ЭДС одинаковые фазы (одинаковые аргументы при синусах).
-
Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую только индуктивное сопротивление ωL (рис. 2). В цепь включена катушка с индуктивностью L. Пусть в цепи действует переменная ЭДС . Закон Кирхгофа запишется так:
Е+Еsi = 0
а
тогда
Подставив значение , получим
Откуда
Проинтегрировав, получим
Или, вводя амплитудные значения тока , получим:
(4)
Сравнивая (4) и (2), мы видим, что в этом случае ток отстает от ЭДС по фазе на .
Величина ω·L=RL носит название индуктивного сопротивления.
-
Пусть в цепи переменного тока будет только емкость С (рис. 3). Так как напряжение на конденсаторе U = E и q = C·U, то сила тока в цепи будет:
Подставляя значение Е = Е0sin ωt и дифференцируя, получим
или .
В этой формуле: может быть названа емкостным сопротивлением.
Если ввести амплитудное значение тока , то окончательно получим
(5)
Сравнивая (5) и (2), мы видим, что в случае наличия в цепи только емкости ток опережает ЭДС по фазе на .
Наконец, рассмотрим электрическую цепь, в которой соединены последовательно: омическое R, индуктивное ω·L и емкостное сопротивление ;закон Кирхгофа для такой цепи запишется так:
то есть сумма падений напряжений на омическом, индуктивном и емкостном сопротивлениях равна внешней ЭДС. Закон Ома для такой цепи будет
С помощью измерительных приборов мы измеряем эффективные значения переменного тока и напряжения
и
В дальнейшем под I и U в тексте будем понимать их эффективные значения.
Порядок выполнения работы
-
Ознакомиться с установкой работы.
-
Определить омическое сопротивление катушки с сердечником.
В цепь установки рис. 4 включена катушка с железным сердечником, имеющая кроме индуктивного еще и омическое сопротивление. Поэтому в схеме рис. 4 указаны последовательно соединенные R и L. Если включить вилку в розетку с постоянным напряжением 50 В , то в цепи потечет постоянный ток, RL=ωL будет равно нулю (так как ω = 0) и по показаниям амперметра и вольтметра можно найти омическое сопротивление катушки.
Прежде чем включить в сеть установку необходимо реостат установить на максимальное сопротивление. Изменяя сопротивление реостата (после включения цепи), установить достаточные для измерения показания приборов.
-
Определить индуктивность катушки с железным сердечником.
Для этого цепь той же установки (рис. 4) включить в розетку с переменным напряжением 220 В и, регулируя реостатом, получить на приборах как можно меньшие, но пригодные для измерения показания.
Пользуясь формулой (6), для нашего случая получим
(7)
|