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

32814. П.Я. Чаадаев – первый русский философ. Западники и славянофилы. «Русская идея» 15.9 KB
  Русская идея. Основная идея гносеологии Чаадаева объективная обусловленность сознания. Идея соборности является центральной в его учении и обозначал свободное объединение людей на основе любви к Богу и друг к другу. Русская идея и ее современное звучание.
32815. Русская религиозная философия 2-й половины 19-20 веков. «философия всеединства» В.Соловьева 14.74 KB
  философия всеединства В. Центральной идеей русской религиозной философии выступает идея всеединства которая стала основанием для формирования целого философского направления метафизики всеединства. философия всеединства оформилась в последней четверти ХIХ века Ее основоположником является В. Соловьев 1853 1900 который в своем философском труде Кризис западной философии против позитивистов наметил основную проблематику концепции всеединства.
32816. Философия русского космизма 14.01 KB
  Основные проблемы космизма: единство человека природы и космоса; место разума во Вселенной развитие космонавтики новая космическая этика и др. Философия общего дела представляет собой проект регуляции природы обращенный на преобразование мира. Регуляция природы мыслится им как принципиально новый сознательный этап развития мира и всего космоса. Проект регуляции природы для него есть только необходимое условие исполнения высшего нравственного долга победы над смертью.
32817. Материалистическая (революционно-демократическая) традиция русской философии 14.08 KB
  Ленина 1870 1924 гг. Ленин продолжает марксистскую традицию в философии развивает учение Маркса применительно к новому этапу научного и социальнополитического развития. Основной философский труд Ленина Материализм и эмпириокритицизм. Ленин дал глубокий анализ новых достижений естествознания с позиций диалектического материализма и изложил основные принципы диалектикоматериалистической теории познания.
32818. Философское значение творчества российских ученых-естествоиспытателей 13.47 KB
  Это позволяет ученому сделать заключение о том что под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера неизбежно должна перейти в новое состояние в ноосферу высший завершающий и закономерный этап в эволюции биосферы. Вернадский рассматривал переход биосферы в ноосферу как явление планетарного масштаба подчеркивая что на новом этапе эволюции человечество своей жизнью стало единым целым. В статье Несколько слов о ноосфере опубликованной в 1944 году во время разрушительной мировой войны ученый тем не менее утверждает:...
32819. Особенности формирования и характерные черты западноевропейской фил. 20 в 14.25 KB
  ХХ век в мировой истории характеризуется рядом особенностей: небывалый научнотехнический прогресс результаты которого значительно изменили облик мира и человека. В то же время развитие науки и техники породило множество проблем; стремительность масштабность и радикальность изменений происходящих в мире и в жизни общества; глобализация происходящих процессов: научнотехнические достижения становятся достоянием всего мира возникающие проблемы также носят глобальный характер; демократизация политической сферы; глубокий кризис в...
32820. Философия экзистенциализма 14.78 KB
  Философия экзистенциализма. Идеи экзистенциализма оказали большое влияние на литературу театр кино многие его представители люди искусства. Философия экзистенциализма носит индивидуалистический характер. Важнейшая категория экзистенциализма смерть.
32821. «Философия жизни», как одно из основных направлений западноевропейской философии 20 в 14.13 KB
  Одним из вариантов стала философия жизни. Все существующее представители этого направления рассматривали как проявление некой первоначальной реальности жизни недоступной ни чувственному ни рациональному познанию и постигаемой только интуитивно в результате непосредственных переживаний. Противопоставляя науке и разуму интуицию и инстинкт философия жизни представляет собой антисциентистское иррационалистическое направление.
32822. Философия неопозитивизма 16.04 KB
  Бурное развитие науки и техники формирование сциентизма как особого умонастроения стали причиной формирования ряда философских направлений в центре внимания которых проблема науки как феномена культуры а также вопросы методологии научного познания. Он выступил с идеей о неспособности философии ответить на вопросы поставленные развитием науки. Неопозитивизм уходя от решения коренных философских проблем сосредотачивается на частных логикометодологических исследованиях на анализе языка науки. Логический позитивизм спекулирует на реальных...