Практикум на тему электричества (1115549), страница 16
Текст из файла (страница 16)
1 П о р я д о к в ы и о л н е н и я р а б о т ы Задание 1. Исследование зависимости полного сопротивления У от частоты. 100 Выполне>ше измерений' 1. С помощью мультиметра измерьте сопротивление В, катушки и запишите его в табл. 1. 2. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рис.2, подключив катушку Е без сердечника.
3. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» ~поз. 19, см. рис. 1 на стр. 6). Загорится индикатор ~поз. б, см. рис. 1 на стр. 6) сигнала синусоидальной формы. Таблица 1 4. Кнопками установки частоты «0.2 — 20 кГц» ~поз. 11, см.
рис. 1 на стр. 6) установите максимальное значение частоты 4 кГц. С помощью кнопок установки уровня выхода «О вЂ” 15 В» ~поз. 10, см. рис. 1 на стр. 6) установите значение тока в цепи в пределах от 2 до 7 мА. При этом фиксированном значении тока, изменяя частоту тока и в соответствии с заданием ~табл. 1~, измеряйте и записывайте в таблицу 1 для каждого значения г напряжение У на катушке. Внимание. По мере изменения частоты следует поддерживать заданный ток 1, регулируя его величину кнопками установки уровня выхода «О вЂ” 15 В».
5. Выключите блок генераторов напряжения и блок мультиметров. Установите в катушку сердечник и переведите мультиметр 3 в релсим Г 20 В. 101 и индуктивность по формуле (6) 1 2= — = ...Гн. 2~г~ 1 Результаты расчетов запишите в табл. 1. Сравнивая В, и 2, убедитесь в справедливости приближения Я, «7 для рабочих формул (5), (6), (7). Выполните это для обеих катушек. 2.
Постройте графики зависимостей 7 = 7 (в) для обеих катушек. 3. В выводе по работе: а) сравните зависимости полного сопротивления 2 от частоты двух соленоидов: с ферромагнитным сердечником и без него, Ь) отметьте особенности зависимости индуктивности от частоты для двух соленоидов.
102 1. 2. 3. 4. Включите блок генераторов напряжения и блок мультиметров. Проведите измерения, описанные в п. 4. Ток 1 подбирайте (см. и. 4) при частоте 160 Гц Результаты измерений запишите в таблицу 1. Выключите блок генераторов напряжения и блок мультиметров. Обработки результатов измерений Вычислите для катушки индуктивности без сердечника с сердечником полное сопротивление переменному току Х по формуле (4) У= — = ..Ом ~У 1 Задание 2. Исследование зависимости индуктивности соленоида от тока.
Выполнение измерений Для исследования катушки без сердечника используется та же электрическая цепь, что и в задании 1 Для исследования катушки с сердечником используется электрическая цепь без дополнительного резистора, монтажная схема рис. 3. Подключите катушку Е без сердечника. Включите кнопками «Сеть» питания блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, см. рис.
1 на стр. 6). Кнопками установки частоты «О 2 — 20 кГц» (поз. 11, см рис. 1 на стр. 6) установите частоту тока 1... 3 кГц . Изменяя силу тока 1 кнопками установки уровня выхода «О вЂ” 15 В» (от 1 мА до 20 мА с шагом — 1 мА), запишите в табл. 2 для каждого тока напряжение сЗ на катушке. Выключите блок генераторов напряжения и блок мультиметров. Установите ферромагнитный сердечник в катушку 2. Соберите монтажную схему рис. 3. Включите кнопками «Сеть» питания блока генераторов напряжения и блока мультиметров и нажмите кнопку «Исходная установка». Кнопками установки частоты «О 2 — 20 кГц» установите частоту 50...
70 Гц . Проведите измерения по п. 3. Результаты занесите в табл. 2. Вых К генератору сн снециальнОЙ ф Рис.3. Монтажная схема; 2, 3, 4 — см, рис, 1 таблица 2 Обработка рез3 льгпатое измерений 1. Вычислите значения У и Е по формулам (4) и (б) для обеих катушек. Результаты расчетов запишите в табл. 2. 2. Постройте графики зависимости Е = у'(1). Сделайте выводы. К онтрольныевопросы 1. Запишите закон изменения тока в цепи при вынужденных колебаниях. 2. Чем определяются частота и амплитуда вынужденных колебаний? 103 3. Какая ЭДС вызывает вынужденные колебания? 4.
Какие ЭДС действуют в колебательном контуре при вынужденных колебаниях? Запишите выражение для ЭДС самоиндукции. 5. Что характеризует и от каких величин зависит индуктивность цепи? б. От каких параметров зависит полное сопротивление контура переменному току? 7. Чем объясняется зависимость индуктивности соленоида с ферромагнитным сердечником от частоты тока? 8. На чем основано измерение полного сопротивления цепи У в данной работе? 9. Какой характер имеет зависимость Ци), полученная при фиксированном значении тока 1 в случае соленоида без сердечника? 10. Какой прибор используется в работе в качестве источника переменного тока? 11.
С какой целью в работе определяют активное В. и полное сопротивление Х катушки индуктивности? 12. Каким образом определяют в данной работе индуктивность катушки с сердечником и без него? Запишите рабочие формулы. Литература 1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. — М.: Высшая школа, 1989. — Я 25.2, 28.3. 2. Калашников С.Г. Электричество. — М.: Наука, 1977. — Я 219 — 220. 104 Работа № 14 ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ЦЕЛЬ: экспериментальное получение резонансной кривой, измерение индук- тив ности и емкости резонансным методом.
ОБОРУДОВАНИЕ: генератор сигналов специальной формы, миниблоки «Катушка», «Конденсатор» и «Сопротивление», мультиметр. Введение Резонансом называют явление возрастания амплитуды установившихся вынужденных колебаний при определенной частоте внешнего воздействия, близкой к собственной частоте системы. Электрические резонансы наблюдаются в колебательном контуре — цепи, состоящей из катушки индуктивности Х, с активным сопротивлением Л и конденсатора емкости С. Для поддержания незатухающих колебаний в контур вводят источник переменного напряжения ХХ=ХУ созе. Рассмотрим два вида резонансов в электрических цепях: резонанс напряжений и резонанс токов. Явление резонанса напряжений происходит в цепи из последовательно соединенных катушки индуктивности и емкости (рис. 1).
1 И С Записывая для контура второе правило Кирхгофа Ы И+У,= — Х,— +У созв~, й где Ж вЂ” падение напряжения на активном соРис. 1. Последовательное противлении; ХХс- напряжение на конденса- й7 соединение Х„й, С торе; — Х,— — ЭДС самоиндукции в контуре; сЙ ХХ созе — внешнее напряжение, получаем дифференциальное уравнение вынужденных колебаний тока1в цепи: ~г1 — + — + — 1 = — йКУ эшли. й Хй ХС Его решением при установившемся режиме является закон колебаний: 1®= 1 соз(вГ+ р+ ~г12). «1) Амплитуда вынужденных колебаний тока 1 в этом уравнении зависит от параметров контура и циклической частоты внешнего напряжения в: 1 Х1 У ХХ„, 2 36 й' Г я' ~) где ХХ вЂ” амплитуда внешнего напряжения; Л вЂ” полное сопротивление переменному току (импеданс цепи); Х вЂ” реактивное сопротивление контура; 105 Х=Х,— Х,; Х,=аК,; Х,=— 1 Как показывает уравнение ~2), можно подобрать такую частоту„чтобы 1 в1. = —.
При этом полное сопротивление цепи будет минимальным: У „=В, а амплитуда тока в контуре — максимальной. Такое явление называют резонансом напряжений; поскольку напряжения на индуктивности и емкости одинаковы ~У, = У,) и колеблются в противофазе, то их сумма равна нулю, а падение напряжения С?, максимально и равно внешнему напряжению У„. Зависимости 1 = Дв) 1для различных В '" й, -'Л,' ,1 ф,) ~графики резонансных кривых) приведены на рис. 2. Согласно условию резонанса ~Х~=Хс) значение резонансной частоты совпадает с 1„ф,) собственной частотой контура в,; 1 (З) \ Ширина резонансной кривой зависит от добротности колебательного контура: Д'с Л й ш„ ш Рис. 2.
Резонансные кривые где Л вЂ” логарифмический декремент затухания. Чем меньше величина В, тем резче проявляется резонанс: уже резонансный пик. Метод измерений Изменяя частоту внешнего напряжения, подаваемого на колебательный контур, и измеряя при этом ток или пропорциональное току падение напряже- 10б Резонанс токов наблюдается в цепи, со- стоящей из параллельно включенных емкости и «А. с индуктивности (рис. 3). Если активное сопротивй тление контура А равно нулю, то при резонансной 1 У частоте а~„, == — в соответствии с условием 4ЕС Рис 3 Резонанс токов Х, — — Хс и законом Ома имеем: У У 1 = —; 1 Х, Х,, т.е. токи в параллельных ветвях одинаковы (1~=1с), но их колебания происходят в противофазе.
При этом в контуре циркулирует значительный ток, а в подводящих проводах ток 1 снижается до нуля. Это явление называют резонансом тока. ния на активном сопротивлении ХХ, можно построить резонансную кривую ХХ, = У~ге) В случае последовательного соединения емкости и индуктивности при резонансной частоте наблюдаются максимумы напряжения на сопротивлении В ХХ, и тока, а напряжение на участке Х,С минимально. Следовательно, по положению максимума резонансной кривой ХХ, = Х(м) можно определить значение резонансной частоты. Формула ~3) позволяет по найденной частоте в „определить индуктивность колебательного контура Х,, если известно значение емкости Со. 1 Х,= С е~ж Заменив конденсатор с известной емкостью на конденсатор с неизвестной емкостью С в контуре с той же индуктивностью Х, и измерив резонансную частоту ш„„можно определить емкость конденсатора С по формуле с,=с( — '"'~.
(5) При параллельном соединении конденсатора и катушки индуктивности резонанс в цепи можно обнаружить по минимальному напряжению на сопротивлении В в цепи контура или по максимальному напряжению на участке Х,С. Резонансная частота также совпадает с собственной частотой колебательного контура и,. О п и с а н и е у с т а н о в к и Схемы электрических цепей для исследования резонансов приведены на рис. 4, монтажная схема — на рис 5. Рис. 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
