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

81798. Становление развитой научной теории. Многообразие вариантов формирования теории 32.4 KB
  Многообразие вариантов формирования теории. Роль теории в научном познании огромна. В процессе построения научной теории задействованы сеть базовых понятий совокупность методов методологические нормы и принципы данные экспериментов обобщения фактов и заключения теоретиков и экспертов.
81799. Проблемные ситуации в науке. Проблема включения новых теоритических представлений в науку 29.01 KB
  Если культура имеет жесткий механизм контроля над воспроизводством тогда она будет выталкивать из себя все чужеродное ей под культурой понимается не только духовная но и материальная ее часть. Если культура вовсе не будет иметь этого механизма то она в конце концов перестанет быть культурой сольется с окружающей ее средой. Очевидно что некоторые инновации культура будет отторгать как чужие. Так скажем традиционная культура может охотно позаимствовать телевидение или мобильную связь или какоенибудь иное техническое...
81801. Традиционность науки и виды научных традиций. Традиции и новации 29.55 KB
  Традиции и новации. Кун впервые рассмотрел традиции как основной конституирующий фактор развития науки. Он обосновал казалось бы противоречивый феномен: традиции являются условием возможности научного развития. традиции.
81802. Традиции и революции в науке. Научные революции как пререстройка оснований науки 30.76 KB
  Научные революции как пререстройка оснований науки. Этапы развития науки связанные с перестройкой исследовательских стратегий задаваемых основаниями науки см. Перестройка оснований науки сопровождающаяся научными революциями может явиться вопервых результатом внутридисциплинарного развития в ходе которого возникают проблемы неразрешимые в рамках данной научной дисциплины. В зависимости от того какой компонент основания науки перестраивается различают две разновидности научной революции: а идеалы и нормы научного исследования...
81803. Глобальные научные революции, их социокультурные предпосылки 33.12 KB
  Так создание механической картины мира сопровождалось борьбой двух научно-исследовательских программ ньютоновской и картезианской. Сущностные основания регулярного воспроизводства такой фазы развития науки как революция следующие при этом каждое последующее основание вытекает из предыдущего..
81804. Первая научная революция и формирование научного типа рациональности 29.03 KB
  В ходе этой революции сформировался особый тип рациональности получивший название научного. Научный тип рациональности радикально отличаясь от античного тем не менее воспроизвел правда в измененном виде два главных основания античной рациональности: вопервых принцип тождества мышления и бытия вовторых идеальный план работы мысли. Тип рациональности сложившийся в науке невозможно реконструировать не учитывая тех изменений которые произошли в философском понимании тождества мышления и бытия.
81805. Смена типов научной рациональности 41.37 KB
  С научной картиной мира связывают широкую панораму знаний о природе включающую в себя наиболее важные теории гипотезы и факты. Структура научной картины мира предлагает центральное теоретическое ядро фундаментальные допущения и частные теоретические модели которые постоянно достраиваются. Когда речь идет о физической реальности то к сверхустойчивым элементам любой картины мира относят принципы сохранения энергии постоянного роста энтропии фундаментальные физические константы характеризующие основные свойства универсума: пространство...