11432

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ТОКОМ И НАПРЯЖЕНИЕМ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА МЕТОДОМ ФИГУР ЛИССАЖУ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 19 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ТОКОМ И НАПРЯЖЕНИЕМ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА МЕТОДОМ ФИГУР ЛИССАЖУ ЦЕЛЬ: Овладеть методикой измерения угла сдвига фаз двумя способами 1по фигурам Лиссажу 2из векторных диаграмм. ПРИБ

Русский

2013-04-07

231.5 KB

67 чел.

Лабораторная работа № 19

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ТОКОМ И НАПРЯЖЕНИЕМ
В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
МЕТОДОМ ФИГУР ЛИССАЖУ

ЦЕЛЬ:

Овладеть методикой измерения  угла сдвига фаз двумя способами

1)по фигурам Лиссажу,

2)из векторных диаграмм.

ПРИБОРЫ:

1.  Звуковой генератор ГЗ-118

2. Батарея конденсаторов (0,5-58 мкф)

3. Магазин сопротивлений Р-33

4. Осциллограф –С1-93.

ТЕОРИЯ МЕТОДА

Рассмотрим цепь переменного тока, состоящую из R и C, соединенных последовательно (рис.1). Напряжение UR пропорционально току в цепи и находится с ним в фазе. Напряжение UR,С сдвинуто по фазе относительно тока на угол . Если UR подать на вход "Y" осциллографа, а UR,С - на вход "х", то электронный луч, проходя между двумя парами отклоняющих пластин в электронно-лучевой трубке, будет участвовать в двух взаимно-перпендикулярных колебаниях одинаковой частоты, сдвинутых по фазе на . В результате электронный луч будет описывать на экране осциллографа одну из фигур Лиссажу – эллипс. Эксцентриситет эллипса, его ориентация в плоскости XY зависит от амплитуд и фаз слагаемых колебаний. Это дает возможность определить сдвиг фаз между током и напряжением в цепи переменного тока.

Получим формулу для определения угла сдвига фаз.

Рис. 1

Пусть материальная точка одновременно участвует в двух колебаниях вдоль осей ОХ и ОY. Тогда уравнения колебаний запишутся так: 

Х=а1cos(t+1)   (1),

Y=a2cos(t+2)  (2),

где а1 и а2, 1 и 2 -соответственно амплитуды и фазы первого и второго колебаний.

Для определения траектории точки исключим из уравнений (1) и (2) время. Перепишем (1) и (2) в виде:

 (3),

(4).

Умножая (3) на cos2 и  (4) на cos1 и беря их разность, получим:

(5).

Умножая (3) на sin2 и (4) на sin1 и беря их разность, получим:

(5').

Возведя в квадрат и складывая последние два уравнения, находим уравнение траектории:

 (6).

Как видно, (6) – это уравнение эллипса.

В нашем случае переменное напряжение, поданное на вертикально отклоняющие пластины, вызывают мгновенное смещение луча
У = в cos
t, а переменное напряжение, поданное на горизонтально-отклоняющие пластины, вызывает мгновенное смещение луча
Х = а cos (
t- ).

Тогда уравнение эллипса запишется так

 (7).

Для точек А и В эллипса (рис.2)

ХA= ХB =0,  YA= YB = Y0 (8).

Рис. 2

Подставим (8)  в  выражение (7),

,

 

 (9).

Аналогично, рассматривая уравнение (7) для точек Д и С, получим

 (9a).

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

В лабораторной работе используется двухлучевой осциллограф С1-93. Студентам необходимо ознакомиться с описанием этого прибора, научиться управлять им, знать назначение всех ручек на передней панели осциллографа.

Поскольку осциллограф С1-93, в основном, предназначен для наблюдения осциллограмм процессов, у него на переднюю панель вынесены только ручки регулировки чувствительности по «у» обоих каналов с указателем цены деления в В/дел. Естественно, усилитель сигнала по «х» имеется, но, в отличие от школьных осциллографов и осциллографа С1-1, ручки управления чувствительностью по «х» на передней панели нет. Чтобы подать на вход «х» посторонний сигнал (а не от генератора развертки) нужно нажать на клавишу со значком…….. При этом генератор развертки отключается. Для того, чтобы подать сигнал на вход «х» от генератора –развертки, нужно клавишу отпустить.

Регулировка частоты развертки осуществляется грубо и плавно с указанием возможных периодов колебаний от генератора пилообразного напряжения в S и mS.

1.Собрать цепь, изображенную на рис.1, где в качестве источника переменной ЭДС использовать звуковой генератор на любой частоте. Параметры схемы выбрать С=8 мкФ, R=103 Oм. При выполнении этого задания использовать один из входов «у» (любой). Получить фигуру Лиссажу, перерисовать ее в рабочую тетрадь.

2. Определить по формулам (9) и (9a).

3. Построить векторную диаграмму для цепи, изображенной на рис.1. Зная С, R и f, определить tg и . Сравнить результаты определения угла сдвига фаз двумя методами.

4. Увеличить в схеме рис.1 сопротивление до 9103 Ом, пронаблюдать изменение фигуры Лиссажу, объяснить эти изменения.

5. Собрать цепь, изображенную на рис. 3, обратить внимание на изменение ориентации фигуры Лиссажу, объяснить это явление. Каков угол сдвига фаз в этой цепи?

Рис. 3

6. Собрать цепь по рис.4, где С= 8Ф, R1=103Ом. Катушку индуктивности включить на 3600 витков, при этом ее индуктивность 1,2 Гн. Омическое сопротивление катушки R2 измерить омметром. Получить фигуру Лиссажу.

Рис.4

7. Определить угол сдвига фаз по формулам (9) и (9а).

8. Объяснить изменение угла сдвига фаз, по сравнению со схемой рис.1, построив векторную диаграмму, соответствующую схеме на рис.4.

  1.  Рассчитать параметры цепи (рис.4), при которых будет наблюдаться явление резонанса напряжений. При этом нужно исходить из используемой в работе величины емкости конденсатора, либо величины индуктивности катушки при выбранной частоте. Используя выбранные значения L = 1,2 Гн и С = 810-6Ф, рассчитать частоту, при которой будет иметь место резонанс.
  2.  Подать в схему от звукового генератора напряжение рассчитанной резонансной частоты. Пронаблюдать форму фигуры Лиссажу. Объяснить изменения фигуры Лиссажу.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какова физическая природа сдвига фаз между током и напряжением в цепях переменного тока, содержащих L,C,R?

2.В цепь переменного тока включены последовательно активное сопротивление и катушка индуктивности. Как изменится сопротивление цепи, если последовательно с катушкой и активным сопротивлением включить еще и конденсатор? Объяснить с помощью векторной диаграммы.

3.В каких случаях законы постоянного тока можно применять для цепей  переменного тока?

4.Какова природа индуктивного сопротивления катушки? Дать определение единицы измерения индуктивности.

5.Начертить векторные диаграммы для цепей переменного тока, содержащих:  активное сопротивление (R), индуктивное (L), ёмкостное (C) в различных комбинациях (R и C; R и L; R,C,L).

6.Вывести формулу tg для цепей состоящих из R и L; R и C; R, C, L, соединенных последовательно и параллельно.

ПРИМЕЧАНИЕ: Расчеты, соответствующие пунктам 2, 3, 7, 8, 9 методики измерений, объяснения к пунктам 4, 5 и 10, должны быть в рабочей тетради.

Дополнительное задание

Цель задания:  овладеть методикой определения сдвига фаз между током и напряжением по осциллограммам тока и напряжения.

Оборудование используется то же самое, которое использовалось в предыдущих заданиях.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ.

При выполнении этого задания используются оба входа «у» двухканального осциллографа С1-93. На один вход подается напряжение, пропорциональное току, на другой вход – напряжение с соответствующего участка. енератор развертки при этом включен. Он окажется включенным, если после выполнения предыдущих заданий отпустить клавишу .

  1.  

Собрать цепь по рис.1, подать напряжение с участка «R, C” на I вход, с участка «R» – на II вход. При этом выбрать такую чувствительность по «у», которой соответствует цена 2В/дел. для I и II входов.

Выбрать режим работы каналов, соответствующий знаку «        », при этом на экране будут одновременно наблюдаться два сигнала – две синусоиды, сдвинутые по оси «х» друг по отношению к другу в соответствии с величиной сдвига фаз между током и напряжением. Ось «х» в данном случае – ось времени

  1.  Изменяя частоту генератора развертки, добиться неподвижной картинки на экране. Зарисовать ее, пользуясь миллиметровкой.
  2.  Определить величину периода Т сигналов (в делениях шкалы), определить, на сколько сдвинуты по времени t (в делениях шкалы) моменты наступления нуля или максимума напряжения. Для удобства отсчета этого отрезка времени t можно сдвигать каждый из сигналов по «у» и оба сразу – по «х».
  3.  Определить сдвиг фаз между током и напряжением по формуле

.

  1.  Собрать цепь по рис.2, подать на I вход напряжение с участка «С», на II вход – с участка «R». Определить сдвиг фаз, следуя указаниям пунктов
    1 – 4.
  2.  Собрать цепь по рис.3, подать на I вход напряжение с участка «RCL», на II вход – с участка «R». Определить сдвиг фаз, следуя указаниям пунктов 1 – 4.
  3.  Изменяя частоту сигнала от генератора ГЗ-118, добиться резонанса напряжений. Пронаблюдать взаимоположение осциллограмм на экране. Объяснить его.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80766. Права общественных формирований в области охраны окружающей среды 31.04 KB
  Полномочия общественных экологических объединений в области охраны окружающей природной среды предусмотрены рядом законодательных актов. Федерального закона Об охране окружающей среды. Одним из примеров реализации прав общественных объединений в области охраны окружающей среды может служить опротестование Российским социально-экологическим союзом в Вологодском областном арбитражном суде решения вологодских властей о строительстве на территории Национального природно-исторического парка Русский Север образованного Правительством РФ в...
80767. Право собственности на природные объекты: понятие, виды, объекты и субъекты, основания возникновения 30.39 KB
  Земля и другие природные ресурсы могут находиться в частной государственной муниципальной и иных формах собственности. Земли которые не находятся в собственности граждан юридических лиц или муниципальных образований представляют собой государственную собственность. Право собственности на природные ресурсы – возможность владения пользования и распоряжения данными природными ресурсами.
80768. Право природопользования: понятие, содержание и виды 35.24 KB
  Позитивное природопользование классифицируется по объекту природопользования на землепользование водопользование пользование лесами недрами и животным миром. Право природопользования понимается в двух значениях. В объективном смысле право природопользования это совокупность правовых норм регулирующих отношения по поводу использования и охраны природных ресурсов.
80769. Право общего природопользования 34.47 KB
  При этом однако в ряде случаев устанавливаются пределы и условия общего пользования природными ресурсами. Однако в составе земель поселений выделяются рекреационные территориальные зоны на которых осуществляется право общего землепользования. Землями общего пользования в значительной степени являются земли лесного фонда правовой режим которых определяется земельным законодательством.
80770. Право специального природопользования: основания возникновения и прекращения 31.45 KB
  Формы специального природопользования: комплексное природопользование; специальное пользование водами недрами объектами животного мира другими природными ресурсами. Необходимость введения комплексного природопользования обусловлена тем что нередко при предоставлении одного природного ресурса в пользование используются в большей или меньшей степени другие ресурсы либо на них оказывается воздействие. Право специального природопользования возникает на основании разрешений лицензий договоров оформляемых в рамках определенных в...
80771. Функции государственного экологического управления 29.4 KB
  Речь идет о распоряжении природными ресурсами об обеспечении рационального использования и воспроизводства природных ресурсов сохранения или восстановления благоприятного состояния окружающей среды соблюдения и защиты экологических прав и законных интересов граждан. Функции управления деятельность по обеспечению охраны окружающей природной среды и рационального природопользования: 1 создание системы органов управления в сфере охраны окружающей среды; 2 подзаконное нормотворчество; 3 распоряжение управление природными ресурсами; 4...
80772. Система и полномочия органов государственного экологического управления 33.24 KB
  Полномочия органов государственной власти Российской Федерации в сфере отношений связанных с охраной окружающей среды К полномочиям органов государственной власти Российской Федерации в сфере отношений связанных с охраной окружающей среды относятся: обеспечение проведения федеральной политики в области экологического развития Российской Федерации; разработка и издание федеральных законов и иных нормативных правовых актов в области охраны окружающей среды и контроль за их применением; разработка утверждение и обеспечение реализации...
80773. Мониторинг окружающей среды: правовое регулирование и содержание 29.5 KB
  Государственный экологический мониторинг – мониторинг окружающей среды осуществляемый органами государственной власти РФ и органами государственной власти субъектов РФ. Цели экологического мониторинга: 1 наблюдение за состоянием окружающей среды в том числе в районах расположения источников антропогенного воздействия; 2 наблюдение за воздействием антропогенных источников на окружающую среду; 3 обеспечение потребностей государства юридических и физических лиц в достоверной информации необходимой для предотвращения и или уменьшения...
80774. Лицензирование в области охраны окружающей среды 32.52 KB
  В лицензии на комплексное природопользование указываются: данные о предприятии получившем лицензию; данные о целевом назначении работ связанных с природопользованием; границы территории земельного участка предоставляемого для ведения работ связанных с природопользованием; перечень используемых природных ресурсов лимиты предельные объемы их изъятия или использования; перечень нормативы и лимиты выбросов сбросов загрязняющих веществ и размещаемых отходов; уровни загрязнения компонентов окружающей среды до начала...