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

35524. bCAD Полезные Советы 831 KB
  Использование форматов трёхмерных данных не поддерживаемых bCAD непосредственно [1.3] Вставка иллюстраций из bCAD в документ MSWord [2] Советы по плоскому черчению [2.23] Использование растровых изображений не поддерживаемых системой bCAD непосредственно [2.
35525. Виды стандартов и технических регламентов (ТР). Содержание стандартов на продукцию и ТР. Обязательные требования технических регламентов на продукцию 18.93 KB
  Технический регламент — документ (нормативный правовой акт), устанавливающий обязательные для применения и исполнения требования к объектам технического регулирования (продукции, в том числе зданиям, строениям и сооружениям, процессам производства...
35526. Технические регламенты РФ и Таможенного союза. Цели. Содержание и применение 17.46 KB
  Таможенного союза. Одновременно с этим эта Комиссия осуществляет и координацию усилий трёх стран во всей сфере технического регулирования. В момент вступления в силу технических регламентов Таможенного союза национальные нормы прекращают своё действие
35527. Международные и региональные (Европейские) организации по стандартизации. Их задачи, статус, приоритетные направления. Маркировка продукции в ЕЭС, отвечающей требованиям Директив 22.23 KB
  Взаимозаменяемость- это свойство независимо изготовленных деталей занимать свое место в сборочной единице без дополнительной или ручной обработки при сборке, обеспечивая при этом нормальную работу сборочного узла, другими словами это возможность сборки и замены при ремонте деталей и сборочных единиц другими независимо изготовленными экземплярами без подгонки при выполнении технических условий, и при достижении заданных показателей машины.
35528. Особенности подтверждения соответствия в Таможенном союзе. Правовые и регламентирующие документы. Понятие. Цели. Принципы. Формы. Знаки соответствия 320.9 KB
  Декларация о соответствии Таможенного союза, как и Сертификат соответствия Таможенного союза является документом юридической силы, удостоверяющим соответствие выпускаемой в обращение продукции требованиям нормативных документов Таможенного союза