70к (лаба) (997507), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Вычислить значения напряжения u на конденсаторе по формулеu Q Cи занести в табл. 8.5.1003. Установив заданное для вашей бригады значение сопротивленияR, повторить измерения по п.п. 1, 2 и занести результаты в таблицу 8.5.4. По полученным данным заполнить таблицу 8.6, используяформулы:ui.(8.45)U; IumimАмплитудные значения напряжения um и тока im можно вычислитьпо формуламQ02 Q0.um; imCTТаблица 8.6um = ______В, im = ____мА.t мсR = 0 ОмR =___Ом0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8UIUI––––5. Построить на двух отдельных графиках фазовые кривые U = f(I).Примерный вид фазовых кривых показан на рис.8.5 и 8.6.Упражнение 3.Исследование апериодического процесса.1. Установить максимальное значение емкости конденсатора,минимальное значение индуктивности контура и максимальноезначение сопротивления.
Наблюдать на экране апериодический разрядконденсатора (рис.8.14).2. Зарисовать график апериодического разряда конденсатора в журнале.3. По формуле (8.41) рассчитать теоретическое значениетеор .критического сопротивления R крдля контура, параметры которогозаданы преподавателем в упражнении 1.4. По всем построенным в лабораторной работе графикам провестианализ результатов и сделать выводы.Контрольные вопросы1.
Объяснить метод определения коэффициента затуханияиспользуемый в этой лабораторной работе.2. Какие физические величины испытывают колебанияэлектрическом колебательном контуре?,в1013. Записать зависимость заряда и напряжения на конденсаторе, атакже силы тока в цепи от времени.4. Что такое фазовая кривая? Каково еѐ физическое значение?5.
Что такое критическое сопротивление контура? Как оно вычисляется?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 72Изучение релаксационных колебанийЦельработы:снятиевольт–ампернойхарактеристикигазонаполненной лампы и изучение релаксационных колебаний.Методика измеренийРелаксационные колебания –Rнезатухающие негармоническиеколебания нелинейных систем,лампадлякоторыххарактерно +Cнакоплениеисбрасывание –энергии (relaxation – ослабление).Их генератором может служитьсистема: газонаполненная лампаРис. 8.16– конденсатор (рис.8.16).При включении источника ( ) начальное сопротивление незажженной лампы велико, конденсатор С заряжается, одновременнорастет разность потенциалов на электродах газонаполненной лампы.Газы в естественном состоянии состоят из электрически нейтральныхатомов и молекул, т.е.
не содержат свободных зарядов и поэтому непроводят электрический ток. Проводить они могут только если частьмолекул ионизируется – расщепляется на положительные и отрицательныеионы. Обычно происходит расщепление на одновалентный положительнозаряженный ион и электрон.
Ионизация может происходить подвлиянием различных воздействий на газ, например, нагрева,космических лучей, и др. Наряду с процессом ионизации в газепроисходит и обратный процесс – рекомбинация, т.е. воссоединениеположительных и отрицательных ионов в нейтральный атом.Если газ, находящийся под действием внешнего ионизатора,заключен в колбу с впаянными в нее электродами (―лампа‖), то приподаче на электроды напряжения через газ потечет ток, которыйназывают газовым разрядом.
В этом случае электропроводность газасоздается за счет внешнего ионизатора, и ток, возникающий в нем,называется несамостоятельным разрядом. С прекращением действиявнешнего ионизатора такой разряд прекращается.102Электрический ток в газе, сохраняющийся после прекращениядействия внешнего ионизатора, называется самостоятельным газовымразрядом. Для его осуществления необходимо, чтобы в результатесамого разряда в газе непрерывно образовывались свободные заряды.Плотность тока в газе( 8.46)j (qq)nE ,Здесь + и – – подвижности положительного q+ и отрицательного q–зарядов (подвижность – скорость упорядоченного движения заряда принапряженности электрического поля, равной единице); n –концентрация зарядов, Е напряженность электрического поля.iiн123несамостоятельныйразряд4uсамостоятельныйразрядРис.
8.17На рис.8.17 показана вольт–амперная характеристика газовогоразряда в лампе. При малых напряжениях на электродах лампы(участок 1 на рис.8.17) ионы и электроны под действием сил со стороныэлектрического поля Е будут двигаться к противоположным электродамлампы, а сила тока будет пропорциональна напряженности электрическогополя (разности потенциалов) в соответствии с законом Ома.С увеличением разности потенциалов (участок 2) линейнаязависимость нарушается. Это связано с тем, что под действиемэлектрического поля значительная часть ионов и электронов достигаетэлектродов. Начиная с некоторого значения напряжения (участок 3).ток остается неизменным с увеличением напряжения (iн – токнасыщения).
Это объясняется тем, что все заряды, возникшие в газепод действием внешнего ионизатора, достигают электродов лампы, неуспевая рекомбинировать. Поэтому при неизменной интенсивностиионизации не происходит дальнейшего роста тока при увеличениинапряжения.Газовый разряд, происходящий на участках 1, 2 и 3 являетсянесамостоятельным газовым разрядом. При дальнейшем увеличении103напряжения (участок 4) происходит резкое увеличение тока.
Этообъясняется ударной ионизацией: электроны, возникшие в газе за счетвнешнего ионизатора, во время своего движения к аноду поддействием электрического поля приобретают энергию, достаточнуюдля ионизации нейтральных молекул газа при столкновении с ними.Но переход от несамостоятельного разряда к самостоятельномустановится возможным лишь при таком напряжении между электродами,когда положительные ионы также приобретают энергию, достаточнуюдля ионизации молекул газа. В этом случае внешний ионизатор неиграет существенной роли в осуществлении газового разряда, так какчисло создаваемых им первоначальных ионов мало по сравнению счислом вторичных ионов и прекращение действия ионизатора невлияет на протекание разряда.
Опыт показывает, что кроме тогонаблюдается выбивание ионами электронов с поверхности катода.Повышая напряжение на электродах, можно возбудить все этипроцессы и осуществить переход от несамостоятельного разряда ксамостоятельному. Этот переход называется электрическим пробоемгаза, а соответствующее напряжение – напряжением зажигания (uз).Оно зависит от химической природы газа, материала катода, формыэлектродов и расстояния между ними, давления газа и наличия в немпримесей.Идеализированнаявольт–ампернаяхарактеристикагазонаполненной лампы приведена на рис.8.18. Как следует изхарактеристики, если увеличивать разность потенциалов на электродахлампы, то при значении u = uз скачком устанавливается значение тока,равное iз – лампа ―загорается‖.
При дальнейшем возрастаниинапряжения ток растет по закону, близкому к линейному.iuiзuзЭДСисточникаiгuгuгuзРис. 8.18u0t1t2tРис. 8.19Если затем уменьшать напряжение на ―горящей‖ лампе, то принапряжении, равном uз, лампа еще не гаснет. Продолжая уменьшатьнапряжение, можно увидеть, что лишь при некотором напряжении –104напряжении гашения uг, которое меньше, чем uз, лампа ―гаснет‖ и ток iгскачком резко падает. На этом самостоятельный разряд в лампепрекращается. При дальнейшем возрастании напряжения процессповторяется. Следует заметить, что для реальной лампы зависимостьi = f(u) не является линейной.Критическое значение энергии конденсатораCu 2з.(8.47)Wkp2Оно равно работе, совершаемой при горении лампы.Зависимость от времени напряжения на конденсаторе показана нарис.8.19 и представляет собой негармонические релаксационныеколебания.
Наблюдая эти колебания на экране осциллографа, можнорассчитать их период: T t1 t 2 ; здесь t1 – время накопления энергии,t2 – время сброса.Период релаксационных колебаний в генераторе лампа–конденсатор может быть также определен, если наблюдать наосциллографе фигуры Лиссажу (замкнутые линии, получающиеся присложении двух взаимно перпендикулярных колебаний). Для этого наодну пару пластин осциллографа подается напряжение с генераторалампа–конденсатор, на другую – переменное напряжение известнойчастоты от звукового генератора.YОтношение частот колебаний можноопределить по виду фигуры Лиссажу, оноравно отношению числа касаний фигуры спрямой, параллельной оси Х и с прямой,параллельной оси Y. На рис.
8.20 показан видXфигуры Лиссажу для соотношения частот 1:1.Рис. 8.20Экспериментальная установкаСхема установки для наблюдения релаксационных колебанийпредставлена на рис.8.21.В состав электрической схемы установки входят:генератор звуковых колебаний ГЗ–106,электронный осциллограф (ЭО),генератор лампа–конденсатор (рис.8.16), смонтированный в кассетеФПЭ–12/13,источник питания (ИП),магазин сопротивлений (МС),магазин емкостей (МЕ),измерительный прибор (РА).105654ФПЭ12/13СRМЕ789ИПМСген V/APAмкФАОмV103РА11ГЗ–106ЭОV21V/делms/делYX12разв–ХРис.
8.21Напряжение от источника питания (ИП) подается на вход кассетыФПЭ–12/13. Также к генератору лампа–конденсатор (ФПЭ–12/13)подсоединяется магазин сопротивлений (МС) и магазин емкостей(МЕ), что позволяет изменять величину сопротивления контура иемкость конденсатора. Измерительный прибор РА служит дляизмерения токов при снятии вольт–амперной характеристики лампы.На вход ―Y‖ электронного осциллографа (ЭО) подается сигнал сгенератора лампа–конденсатор. Звуковой генератор ГЗ-106 необходимдля подачи переменного напряжения на вход ―Х‖ осциллографа принаблюдении фигур Лиссажу.Порядок выполнения работыУпражнение 1.Снятие вольт–амперной характеристики лампы1. Кнопку 4 кассеты ФПЭ–12/13 перевести в состояние ―V/A х–ка‖.2. Ручку 9 регулировки напряжения 12–120 В источника питания(ИП) установить в крайнее левое положение.3. Измерительный прибор (РА) переключателем 3 подготовить кработе в режиме 3мА.4.
Подключить к сети источник питания. Ручкой 9 регулировкинапряжения источника питания изменять напряжение от 40 до 110 В черезкаждые 10 В и измерять силу тока (в делениях измерительного прибора) впрямом направлении iпр . Результаты измерений занести в табл.8.7.106Таблица 8.7uBiпрделенияiобрделения4050607080901001105. Уменьшая напряжение от 110 до 40 В, измерять силу тока вобратном направлении iобр и данные занести в табл.8.7.6. По данным табл.8.7 определить интервал u 10 В, в которомпроисходит зажигание и гашение лампы. Наблюдать зажигание игашение лампы в кассете ФПЭ–12/13.7. Подробно изучить интервал u зажигания и гашения лампы,проводя измерения тока через каждые 1В. Данные записать в табл.8.8.Таблица 8.8№п.пuBi прдел.iобрдел.12345678910118. По данным табл.8.8 построить график зависимости iпр и iобр от u(вольт–амперную характеристику генератора лампа–конденсатор,примерный вид которой показан на рис.8.18).Упражнение 2.Определение периода релаксационныхколебаний генератора лампа – конденсатор1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
