11430

ЗАКОН ОМА В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №18 Часть I ЗАКОН ОМА В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЦЕЛЬ: 1. Овладеть методикой измерения L и С убедиться в выполнимости закона Ома для цепи переменного тока. ПРИБОРЫ: 1. Регулятор напряжения школьный РНШ 55. 2. Вольтметр Э 515 75 600 B. 3. Ампермет...

Русский

2013-04-07

329.5 KB

16 чел.

Лабораторная работа №18

Часть I

ЗАКОН ОМА В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЦЕЛЬ:

1. Овладеть методикой измерения L и С, убедиться в выполнимости закона Ома для цепи переменного тока.

ПРИБОРЫ:

1. Регулятор напряжения школьный РНШ - 55.

2. Вольтметр Э - 515 (75 - 600 B).

3. Амперметр Э - 514 (1 - 2 A).

4. Батарея конденсаторов 8 - 16 мкФ.

5. Катушка индуктивности 1200 и 2400 витков.

6. Ключ и соединительные провода.

7. Омметр М371.

ТЕОРИЯ РАБОТЫ

Если включить последовательно в цепь переменного тока активное сопротивление R, катушку индуктивности L и конденсатор С, то в такой цепи, кроме активного сопротивления, возникнут еще два, так называемых реактивных, сопротивления – индуктивное и ёмкостное. Величины реактивных сопротивлений зависят от частоты переменного тока индуктивности катушки и емкости конденсатора. Сила тока в такой цепи, как известно, определяется по закону Ома для переменного тока:

 (1),

где   R  - активное сопротивление катушки,

ХL - индуктивное сопротивление,

Хс - емкостное сопротивление.

Знаменатель выражения (1) представляет собой так называемое кажущееся сопротивление переменному току Z:

 (2).

Индуктивное и емкостное сопротивления определяются из соотношений:

 (3),

 (4),

где  f - частота переменного тока,

L - индуктивность,

= 2f - круговая частота.

С - емкость.

Тогда формулу (2) можно переписать

  (2а).

Поскольку сама катушка индуктивности оказывает переменному току не только индуктивное сопротивление, но и активное, то для цепи, содержащей конденсатор и катушку, применимо соотношение (1), где R – активное сопротивление самой катушки индуктивности.

1. Если в цепь переменного тока включить только катушку, обладающую и активным сопротивлением, то по показаниям вольтметра и амперметра можно определить кажущееся сопротивление переменному току ZL как

             (5).

Но с другой стороны это же сопротивление можно выразить через частоту переменного тока, активное сопротивление и индуктивность катушки:

(6).

Из соотношения (6) можно определить индуктивность катушки:

   (7).

2.При наличии в цепи переменного тока только конденсатора С можно определить его кажущееся сопротивление переменному току как

   (8),

которое в этом  случае равно емкостному сопротивлению конденсатора. Зная частоту переменного тока, легко вычислить емкость конденсатора:

  (9).

Тогда

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

1.Собрать схему (Рис. 1) для измерения с помощью амперметра и вольтметра полного (кажущегося) сопротивления ZL цепи, содержащей катушку индуктивности.

2. Для определения ZL необходимо взять не менее 3-х значений напряжения и соответствующих значений тока. По формуле (5) определить ZL. Найти среднее значение ZL. Определить ZL. среднюю арифметическую погрешность.

3.По формуле (7), используя . ZLсредн., определить величину индуктивности катушки. Результаты прямых и косвенных измерений и расчетов внести в табл.1. Частоту колебаний «f» переменного тока в сети взять равной 50 Гц. Активное сопротивление катушки измерить омметром М371, погрешность R взять равной цене деления омметра. Получить из рабочей формулы(7) формулу для расчета L, рассчитать L, используя ZL.

Таблица 1

IL

L

U

UL

R

R

f

f

ZL

ZL

L

L

А

А

В

В

Ом

Ом

Гц

Гц

Ом

Ом

Гн

Гн

%

1

2

3

4

Ср

50,0

0,5

Затененные клетки не заполняются.

Примечание: во избежание перегревания катушки и изменения в связи с этим ее активного сопротивления, пропускать через катушку ток не свыше 1 А.

4.Собрать схему (рис. 2) для измерения с помощью амперметра и вольтметра емкостного сопротивления конденсатора.

5.Произвести не менее 3-х измерений тока и напряжения. По формуле (8) определить ХС. Найти среднее значение ХС. Определить ХС как среднюю арифметическую погрешность.

  1.  Определить величину емкости конденсатора С по формуле (10), используя значение ХС среднее. Результаты измерений и расчетов внести в табл.2. Из рабочей формулы (10) получить формулу для расчета С, рассчитать С, используя ХС.

Таблица 2

№пп

IC

C

UC

UC

f

f

XC

XC

С

C

А

А

В

В

Гц

Гц

Ом

Ом

Ф

Ф

%

1

2

3

4

ср.

50,0

0,5

.

ВНИМАНИЕ! Напряжение на конденсаторе не должно превышать 30В, т.к. магазин емкости предназначен для напряжения 42В в школьном физическом кабинете.

7.По формуле (2а) рассчитать кажущееся сопротивление Zтеорет. переменному току для цепи, содержащей активное сопротивление R, катушку индуктивности L и конденсатор С. Все данные взять из табл.1 и 2. В табл.3 внести Zтеорет.. Получить формулу для расчета Zтеорет. из формулы (2а). Значения R, L, C, f взять из таблиц 1 и 2.

8.Проверить опытным путем рассчитанный результат. Для этого собрать цепь по схеме (рис.3).      

        Табл.3

I

I

U

U

Zэксп

Zэксп

Zтеор

Zтеор

А

А

В

В

Ом

Ом

%

Ом

Ом

%

1

2

3

4

cp.

9.Измерить U и I не менее 3-х раз и вычислить Zэкспер. по формуле

По трем опытам найти Zср.экспер..    Zэксп. определить как среднюю арифметическую погрешность.

10. Построить для каждой из схем (рис. 1, 2, 3) векторные диаграммы. Рассчитать для каждой схемы угол сдвига фаз между током и напряжением.

11. Рассчитать, какую емкость нужно включить в схеме 3, чтобы при имеющейся катушке индуктивности наблюдать резонанс напряжений.

Примечание: Выводы формул погрешностей, расчеты к заданиям №10 и №11 обязательно иметь в тетради.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какова физическая природа индуктивного сопротивления?

2.Какими единицами измеряется индуктивность? Определение единицы.

3.Какова физическая природа емкостного сопротивления?

4.Единицы измерения емкости, определение единицы.

5.Какова физическая природа сдвига фаз в цепях переменного тока, содержащих емкостные и индуктивные сопротивления?

6.Уметь строить векторные диаграммы для последовательного и параллельного соединения R, C, L.

7.Можно ли считать показания вольтметра в схеме 1 равным UL, а в схеме 2 равным UC?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30384. Анализ, верификация и оптимизация проектных решений средствами САПР 218 KB
  На основе производственной информации формируется конфигурация виртуальной производственной системы ВПС. Представлена структура процесса формирования конфигурации ВПС. Рассматривается генерация вариантов определения конфигурации ВПС на основе эволюционного метода использующего генетические алгоритмы. Технологическое оборудование имеющее фонд свободного времени является ресурсами производственных систем ПС необходимыми для функционирования виртуальных производственных систем ВПС.
30385. Информационные технологии — новая отрасль знаний 125 KB
  Их значение быстро увеличивается за счет того что ИТ: активизируют и повышают эффективность использования информационных ресурсов обеспечивают экономию сырья энергии полезных ископаемых материалов и оборудования людских ресурсов социального времени; реализуют наиболее важные и интеллектуальные функции социальных процессов; занимают центральное место в процессе интеллектуализации общества в развитии системы образования культуры новых экранных форм искусства популяризации шедевров мировой культуры и истории развития...
30386. Сущность автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС 218 KB
  Лекция: Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС В лекции объясняется сущность процесса проектирования РЭС и системного подхода к задаче автоматизированного проектирования РЭС. Излагаются задачи проектирования по степени новизны проектируемых изделий. Рассматривается сущность системного подхода к проектированию Основное назначение лекции: показать сущность процесса проектирования РЭС принципы проектирования и основной принцип проектирования системный подход 2. Сущность процесса...
30387. Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС 197.5 KB
  Лекция: Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС окончание Рассматривается сущность системного подхода к проблеме автоматизированного проектирования РЭС. Системный подход к задаче автоматизированного проектирования технологического процесса Системный подход к задачам автоматизированного проектирования требует реализации совместного проектирования технологического процесса ТП и автоматизированной системы управления этим процессом АСУТП. Традиционное раздельное рассмотрение задач...
30388. Системы автоматизированного проектирования (САПР) РЭС 147 KB
  Лекция: Системы автоматизированного проектирования САПР РЭС В лекции приводятся основные определения назначение и принципы систем автоматизированного проектирования САПР. Даются сущность и схема функционирования САПР. Показано место САПР РЭС среди других автоматизированных систем. Рассматриваются структура и разновидности САПР.
30389. Технические средства САПР и их развитие. Требования, предъявляемые к техническому обеспечению 260 KB
  Лекция: Технические средства САПР и их развитие Формулируются требования предъявляемые к техническому обеспечению САПР. Рассматриваются структура и состав технического обеспечения САПР. Основное назначение лекции дать общее представление о техническом обеспечении САПР: предъявляемых к нему требованиях структуре составе и архитектуре 5. Требования предъявляемые к техническому обеспечению Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать: выполнение всех необходимых проектных процедур для которых имеется соответствующее...
30390. Основные особенности и достижения глобальной раннеклассовой цивилизации 37.74 KB
  Возникновение частной собственности разделение общества на классы появление социальных институтов Переход от общинной собственности к частной передаваемой по наследству членам своей семьи преодоление принципа уравнительного распределения возможность обособленного присвоения средств и результатов производства – все это вызвало экономический интерес к приумножению собственности на благо отдельной личности а значит открылась возможность повышать производительность труда. социальных групп людей занимавших свое место в системе...
30391. Локальная цивилизация Древнего Египта: развитие и основные достижения 35.11 KB
  Локальная цивилизация Древнего Египта: развитие и основные достижения Эффективное использование благ Нила было невозможно без коллективного и организованного труда всех живущих в его долине. Моноотраслевая экономика экстенсивное развитие ирригационная система земледелия экономически оправданное рабство труд рабов использовался круглый год; труд на ограниченном легко контролируемом пространстве Политика. Южное направление – экспансия рабы полезные ископаемые развитие ирригации. Северное направление – поддержка и развитие торговых...
30392. Локальная цивилизация Древнего Шумера: развитие и основные достижения 40.75 KB
  На основе этих технологий шумеры пытаются продолжать вести хозяйство на новых землях и строят системы осушения почвы. Обслуживание ирригационной системы неизбежно привело к распространению рабского труда. Аккат Саргон Основные направления политики Саргона и его династии: создание единой ирригационной системы; поддержание постоянной армии 5400 чел. Ирригационные системы шумеров были сложнее египетских но культурных сооружений они оставили меньше.