№ 04 (1115554)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 04ПЕРЕМЕННЫЙ ТОКРаботу поставил доц. Попов Ю. Ф.Москва - 2012Подготовил методическое пособие к изданию доц.

Авксентьев Ю.И.2ПЕРЕМЕННЫЙ ТОКЦель работы: Изучение прохождения переменного тока по цепи,содержащей активное сопротивление, индуктивность и емкость.1. Квазистационарный токИз всего многообразия переменных токов рассмотримизменяющийся по законутокI,I = Im sin (t + 0),(1)где Im — амплитуда (максимальное значение) переменного тока, (t + 0),— фаза,  круговая частота переменного тока, 0 - начальная фаза.Как известно, электрический ток возникает только при наличииэлектрического поля.

Однако скорость распространения электрического поляконечна (c = 3108 м/с). Поэтому, если в какой-либо точке 1 поле возбудило вмомент времени t токI1 = Im sin t,то в точке 2, находящейся от точки 1 на расстоянии x12, ток возбудится сзапаздыванием на время τ, где  = x12/c - время распространения поля от точки1 до точки 2. Величина тока в точке 2 определяется формулой:I = I0 sin  (t - ) = I0 sin (t - x/c) = I0 sin (t - 2x/cT),где T = 2/ - период.

В общем случае величины токов в данный момент времени подлине цепи будут иметь различные значения в различных точках цепи. Если,смещения по фазе малы или ими можно пренебречь, то считается, что величина токаво всех точках цепи одинакова. Такие токи называются квазистационарными, и дляних выполняется условиеx2x  с 1 или      , или T  .(2)ccT 2  хДопущение квазистационарности тока позволяет применять законы Омаи Кирхгофа к мгновенным значениям тока в формулировке данной дляпостоянного тока.

При этом можно рассматривать всю цепь.2. Графическийспособ задания переменных токовСинусоидальные переменные токи выражаются черезсоотношения (1). Этот способ задания называетсяаналитическим.Часто,однако,пользуютсяграфическим методом, который сильно упрощаетрасчеты сопротивлений в цепях переменного тока.Рассмотрим графический метод изображенияпеременных токов. Изобразим в прямоугольнойсистеме координат переменный ток в виде отрезкавеличины I0, так чтобы он образовал угол 0 с осьюX. Отрезок назовем вектором тока.

Это начальноеположение вектора тока (Рис.1)Будем вращать вектор тока вокруг начала координат с угловой скоростью32 2 .TЧерез время t вектор I0 будет составлять угол t с первоначальным положениемвектора тока и угол (t + 0) с осью X.. Проекция вектора на ось Y равнаI = I0 sin (t + 0),т.е. она в любой момент равна мгновенному значению тока.

Таким способомможно изображать одновременно токи и напряжения в цепях переменноготока. Векторный метод изображения величин, характеризующих процессы вцепях переменного тока, применяется тогда, когда имеется несколько величин,изменяющихся со временем гармонически с одной и той же частотой. В этомслучае для сложения однородных величин нужно сначала сложитьизображающие их векторы, а затем полученный вектор суммы спроектироватьна ось Y.

Напомним, что для квазистационарных токов используютсяправила Кирхгофа.а) Цепь с активным сопротивлением (рис. 2 а)илиUR= Е или IR0= Е 0 sin tI=Е0sin t = I0 sin t.R0(3)В графическом представлении I0 и Е 0 изобразятся так, как на рисунке 2, б.4б) Цепь с емкостью (рис.

3,а)Uc = ЕилиUc = Е 0 sin t.dQ0I = dt = Е 0 C cos t == sin (t + /2).1 / CВведем емкостное сопротивление ZС = 1/C.. Окончательно имеемI=Е0sin (t + /2). = I0 sin (t + /2).ZC(4)Векторная диаграмма тока и напряжения имеет вид, как на рис. 3 6.в) Цепь с индуктивностью (рис. 4 а)UL = Е + Е L,где UL = IR (R - активное сопротивление),ЕL= -LdI- ЭДС самоиндукции, где L — индуктивность.dtПренебрегая R, имеемЕ 0 sin t = LdI,dtили, интегрируя,Е0sin (t - /2).LВведем индуктивное сопротивление ZL = L. ТогдаI=I=(5)0sin (t - /2)= I0 sin (t - /2).LВекторная диаграмма имеет вид, как на рис. 4,б.г) Цепь из последовательно соединенных емкости, индуктивности иомического сопротивления (рис.

5)По закону КирхгофаUR + UL + UC = Е - Е L.(6)5Будем считать, что активное сопротивление катушки индуктивности мало,т.е. UL = 0. ТогдаUR + UC + Е L = ЕПостроим векторную диаграмму для этого случая, направив по оси Xвектор тока (рис. 6). Амплитудное значение напряжения на сопротивлениипредставится вектором I0R0, амплитудное значение ЭДС на катушке индуктивности— вектором LI0 и амплитудное значение напряжения на конденсаторе —вектором I0/C. Для амплитудного значения полного напряжения U0 = Е0 наконцах участка имеемЕ02  R 2I02 + I02 (L - 1/C)2.ОтсюдаЕ0  I0 R 2  ( L  1/ C) 2илиI0 Е0R 2  ( L  1/ C ) 2иtg L  1/ CR(7)(8)Итак, если на концах цепи квазистационарного тока, состоящей изпоследовательно включенных R, L, C имеется напряжение U = E = E0 sin t, то вцепи имеет место электрический ток I = I0 sin (t + ), где ток I0 определен (7) и определен (8).Установка: вольтамперметр, генератор переменного напряжения,осциллограф , макетная схема с элементами L, R и С(рис.

7)ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫУпражнение 1ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ R И RL(RL - сопротивление проводника, которым намотан соленоид)Прибор установить в режим измерения "R", режим измерения постоянныхвеличин "=". Предел измерения 20 кОм при измерении R (точки 3-6) и 200 Ом —при измерении RL. (точки 2-3). Полученные значения записать.6Упражнение 2НАБЛЮДЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУТОКОМ И НАПРЯЖЕНИЕМ В ЦЕПЯХ С ЭЛЕМЕНТАМИ LИ Са) Сдвиг фазы между током и напряжением в цепи синдуктивностью1. Ознакомиться с назначением основных органов управления на лицевойпанели осциллографа (см. пособие «описание основных функций управленияприборами»).

Включить осциллограф на одновременную работу обоих каналов(кнопка "..." или " ", не включать кнопки одновременно!). Переключателиступенчатой регулировки чувствительности установить в положение "2" или "5"В/см. Ручками вертикального смещения лучей " " свести оба луча, установивих вдоль средней линии экрана (эта средняя линия является нулевым уровнемсигналов (напряжений), подаваемых на Y-вход осциллографа).2. Установить частоту переменного напряжения генератора 60,0 Гц(декадными переключателями или плавной регулировкой в зависимости от типагенератора).

Переключатель"Множитель" установить вположение"x1".Податьпеременное напряжение 5-6 Вс генератора в точки схемы 26 (рис. 8).Это же напряжение сточек 2-6 подать на Y1 - вход первого канала осциллографа, что соответствуетполному напряжению, действующему на участке цепи 2-6 (короткий конецвходного кабеля осциллографа подсоединить к точке 2, длинный — к точке 6,см. рис. 8). С точек 3-6 (см. рис 8) напряжение подать на Y — вход второгоканала осциллографа.

Это напряжение на активном сопротивлениипропорционально току в данном участке цепи и совпадает с ним по фазе.3. Пользуясь ступенчатым переключателем длительности развертки погоризонтали, установить развертку осциллографа 5 мс. Плавной регулировкойразвертки добиться устойчивой картины синусоидального напряжения на экранеосциллографа длительностью 1-2 периода. При этом картина на экранеосциллографа может быть слегка раздвоена, что легко устраняется небольшимсмещением одного из лучей по вертикали. Полное совмещение двух синусоидозначает отсутствие сдвига фаз между ними, т.е.

между полным напряжением итоком в цепи.4. Изменяя частоту (с помощью переключателя "Множитель") в 10, 100 и1000 раз и соответственно уменьшая длительность горизонтальной развертки,можно наблюдать появление сдвига фаз между U2-6 = Un и U3-6 = UR. Сдвиг пофазе сопровождается уменьшением амплитуды напряжения UR, так как реактивная7составляющая индуктивного сопротивления, равная 2fL, растет с увеличениемчастоты.

Для удобства работы при определении сдвига фазы это уменьшениеамплитуды UR компенсируется увеличением чувствительности Y-входа второгоканала (переключатель чувствительности по мере необходимости переводится вположение 1 или 0,5 В/см, и т.д.).5. Сдвиг фазы между Un и I определяется следующим образом (см. рис. 9,а).Пользуясь масштабной шкалой на экране осциллографа, определяем длительностьпериода одной из синусоид в делениях шкалы п и длительность интерваласоответствующего сдвига между синусоидами n.

Так как период соответствуетизменению фазы на 2, то сдвиг по фазе между Un и I можно определить поформуле2n, [рад].nСдвиг по фазе определить на частотах 600, 6000, 60000 Гц. Построитьвекторную диаграмму (рис. 9,6).б) Сдвиг фазы между напряжением и током в цепи с емкостью1. Подключить генератор и осциллограф к участку цепи 3-5, как показанона рис. 10.82. Наблюдение сдвига фаз между током и напряжением осуществляется каки в случае цепи с индуктивностью. Отличие состоит в том, чтопоследовательность коррекции чувствительности второго канала будетобратной, т.е.

ее надо уменьшать с увеличением частоты. Это обусловлено тем,что реактивное сопротивление емкости равно 1/С и убывает с увеличениемчастоты. Наблюдение сдвига фаз производить на частотах 60, 600, 6000 и 60000Гц, а измерение  провести на частотах 60 и 600 Гц и построить векторнуюдиаграмму.Упражнение 3ИЗМЕРЕНИЕ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В ЦЕПЯХ СИНДУКТИВНОСТЬЮ И ЕМКОСТЬЮ И ОПРЕДЕЛЕНИЕВЕЛИЧИН L и С1. Подать напряжение 5-6 В с генератора в точки 1-5 макетной схемы (рис.7). Установить прибор в режим измерения переменного тока (кнопки "I", ""),предел измерения 20 мА, подключить его к точкам 1-2 и измерить величинутока при двух значениях частоты 600 и 6000 Гц.

При этом напряжение на выходегенератора должно оставаться неизменным (положение регулятора U не менять).Результаты измерений тока занести в табл. 1.Таблица 1.f, ГцI, мАUL, ВUR, ВUC, BUП, В60060002. Не меняя величину напряжения на выходе генератора, переключитьвход генератора к точкам 2-5. Перевести прибор в режим измерения переменногонапряжения (кнопки "U", "  "), установить предел измерения 20 В. На каждойчастоте (600 и 6000 Гц) измерить значения напряжений на индуктивности UL (вточках 2-3), на активном сопротивлении UR (в точках 3-6), на емкости UC (вточках 6—5) и полного напряжения в цепи UП-(точки 2-5). Результаты измеренийзанести в табл. 1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы