12352

Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 25 Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре 1. Цель работы: Изучение параметров и характеристик реального колебательного контура. 2. Затухающие колебания. Если диссипативную систему находящуюся в колебательном движении пр...

Русский

2013-04-26

458 KB

7 чел.

Лабораторная работа № 25

«Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре»

1. Цель работы: Изучение параметров и характеристик реального колебательного контура.

2. Затухающие колебания.

Если диссипативную систему, находящуюся в колебательном движении, предоставить самой себе, то энергия ее колебаний постепенно уменьшается, что внешне выражается в непрерывном уменьшении смещений. Это явление называется затуханием колебаний. Затухание связано либо с превращением энергии колебаний в тепло (трение, электрическое сопротивление), либо с образованием в окружающей среде волн (лучеиспускание). Наличие этих процессов обусловливает диссипативность колебательной системы.

Всякий реальный электрический колебательный контур обладает активным сопротивлением, превращающим энергию колебаний в тепло. Схема реального контура приведена на рис. 25.1а. Баланс напряжений в контуре записывается в виде:

 (25.1)

Подставляя  и вводя обозначения  (0 – собственная частота колебаний, – коэффициент затухания), получим

 (25.2)

Рис.25.1. Реальный колебательный контур (а) и график затухающих колебаний (б).

При условии, что  решение уравнения (25.2) имеет вид:

 (25.3)

где  Таким образом, частота затухающих колебаний меньше частоты собственных колебаний. График функции (25.3) представлен на рис. 25.1б.

График изменения напряжения на конденсаторе аналогичен представленному на рис. 25.1б.

Затухание в колебательном контуре может описываться несколькими, связанными между собой величинами:

- коэффициент затухания β – величина, обратная постоянной времени релаксации для экспоненты, описывающей изменение амплитуды колебаний во времени;

- декремент затухания – , равный отношению двух соседних амплитуд колебаний;

- логарифмический декремент затухания  – величина, обратная числу колебаний, совершаемых за время, в течение которого амплитуда уменьшается в e раз;

- добротность контура – , определяющая число колебаний, совершаемых за время уменьшения амплитуды в e раз.

При т.е. при , вместо колебаний происходит апериодический разряд конденсатора. Сопротивление контура, при котором колебательный процесс переходит в апериодический, называется критическим:

3. Методика измерений.

В данной работе для исследования затухающих колебаний в реальном колебательном контуре, включающем активное сопротивление, применяется электронный осциллограф. При этом от генератора прямоугольных импульсов производится периодическая подзарядка конденсатора, т.е. кривая затухающих колебаний периодически повторяется. На экране осциллографа наблюдается картина затухающих колебаний (рис. 25.2).

На экране осциллографа измеряются амплитуды колебаний U(t),U(t+nT) и время, за которое происходит n колебаний. Логарифмический декремент затухания определяется по формуле:

 (25.4)

Рис.25.2. Измеряемые параметры затухающих колебаний.

Коэффициент затухания рассчитывается

 (25.5)

Значение сопротивления в контуре можно изменять с помощью магазина сопротивлений Rм. Зависимость логарифмического декремента затухания от сопротивления в контуре показана на рис. 25.3. Полное активное сопротивление контура складывается из активного сопротивления катушки индуктивности Rк и сопротивления магазина: R=Rм+ Rк.

Значение Rк можно определить, экстраполируя график до значения λ=0. Тогда можно рассчитать значения индуктивности и емкости контура:

,           . (25.6)

Рис.25.3. Зависимость логарифмического декремента от активного сопротивления.

В состав электрической схемы установки входят:

– генератор пилообразных колебаний;

– электронный осциллограф;

– колебательный контур, смонтированный в кассете;

– источник питания;

– магазин сопротивлений.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Генератор импульсов настроить на генерацию прямоугольных импульсов частотой 250 Гц. На магазине сопротивлений установить значение сопротивления 10 Ом. Включить приборы.

4.2. Получить на экране осциллографа картину затухающих колебаний, подбирая коэффициенты усиления по осям Х (в ms/дел) YV/дел). Записать коэффициенты усиления.

4.3. На графике затухающих колебаний выделить две амплитуды колебаний, разделенные n полными колебаниями. Измерить расстояние между этими амплитудами по оси Х в ms и вычислить период колебаний Т. Измерить выбранные амплитуды колебаний в дел. Занести значения n, T, U(t), U(t+nT) в табл. 25.1.

4.4. Рассчитать значения λ (25.4); β (25.5). Результаты расчетов занести в табл. 25.1.

Таблица 25.1.

Rм, Ом

n,

колеб.

Т, мс

U(t)

U(t+nT)

λ

β,

с-1

L, Гн

С, мкФ

Деления

10

100

200

300

4.5. Повторить выполнение пунктов 4.3. и 4.4. для других значений Rм, указанных в таблице.

4.6. Построить график зависимости λ=λ(Rм). По графику определить величину Rк.

4.7. Рассчитать значения L и C (25.6) и внести в табл.25.1.

4.8. Подобрать минимальное (критическое) значение Rм, при котором уже наблюдается апериодический разряд конденсатора Rкр.

4.9. Проверить выполнение равенства , вычислив относительную ошибку .

5. Контрольные вопросы.

5.1. Электрический колебательный контур. Свободные колебания.

5.2. Затухающие колебания. Характеристики затухания.

5.3. Как в работе определяется период колебаний?

5.4. Как в работе определяется логарифмический декремент затухания?

5.5. Как в работе определяется активное сопротивление катушки индуктивности?


Рекомендуемая литература.

  1.  Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов.– 2-е изд., испр. и доп.– М.: Высш. шк., 1999.– 718 с.: ил.
  2.  Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – 3-е изд., испр. –М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 496 с., ил.
  3.  Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.– 5-е изд., стер.– М.: Высш. шк., 1998.– 542 с.: ил.

4

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30717. ФРГ: переход к новой «восточной политике». Договор с СССР от 12 августа 1970 г 27 KB
  Брандт – с 1969 канцлер ФРГ лидер социалдемократов. Подтверждалось что Западный Берлин не является частью территории ФРГ и устанавливался тройной механизм взаимоотношений между компетентными органами ГДР Западного Берлина и ФРГ по вопросам регулирования транзитных перемещений граждан транспортного телефонного и телеграфного сообщения и пр. Но Западный Берлин имел международные соглашения заключенные ФРГ поэтому ФРГ получила право представлять интересы жителей Западного Берлина в международных организациях по вопросам не...
30718. Причины, особенности и основные последствия мирового экономического кризиса 1929 – 1933 гг 23 KB
  Мировой экономический кризис 19291933 годов носивший название Великой депрессии наиболее сильно затронул такие страны как Великобритания США Франция Канада и Германия. Важным фактором обусловившим всемирный характер великой депрессии стал процесс перемещения экономического центра из Западной Европы в США. Последствиями Великой депрессии стали: ухудшение уровня жизни фермеров и мелких торговцев; уменьшение уровня производства; рост числа безработных; возрастание сторонников фашистских организаций.
30719. Исторический опыт Народных фронтов (Франция, Испания, Чили) 23.5 KB
  Народный фронт представляет собой политический союз который как правило объединяет левые и центральные силы для осуществления противодействия правым силам представителей власти. Основной целью возникновения народных фронтов стала борьба за защиту экономических интересов рабочего класса и противопоставление войне и фашизму. Самый первый народный фронт был образован во Франции в 1935 году который объединил в себе все левосторонние партии.
30720. Общее и особенное в политике британских консерваторов и лейбористов в 1920-е гг 23 KB
  Консервативная партия Великобритании – одна из двух ведущих политических партий страны образовавшаяся в 1867 году на базе партии тори. К 1930му году в Великобритании стала ясной гибель радикального социализма тогда на первый план выдвинулся либерализм который настаивал на прямом вмешательстве государства в экономику и передаче государству целого ряда социальных функций. Внутреннюю политику консерваторов Великобритании 1920 1930х годов можно охарактеризовать как стремление сохранить существующую ранее универсальность и...
30721. Основные этапы первой мировой войны. Факторы поражения германо-австрийского блока 27.5 KB
  В июле 1914 г Германия и Австровенгрия начинают первую мировую войну. Германия хотела сначала вывести из строя Францию чтобы прекратить борьбу на два фронта: Западном и Восточном. 1 этап – вторжение в Бельгию где Германия потерпела поражение: в Восточной Пруссии – Германия воевала с русскими армиями; в Галиции и Польше – где победы достались русским. Германия и АвстроВенгрия были экономически истощены под влиянием революций в России среди военных германии и Австрии усилилась антивоенная агитация народ устал от...
30722. «Новый курс» Результата и его историческое значение 24.5 KB
  Его основная цель состояла в оздоровлении экономики и восстановления доверия граждан к государству. Политика Рузвельта получила название Новый курс который он восстановил государственное регулирование экономики и социальных отношений. Законом об оздоровлении национальной экономики вся промышленность была разделена на 17 групп по отраслям и регулировалась нормативными актами кодексами чести определявшими объем выпуска товаров уровня заработной платы распределение рынков сбыта продолжительность рабочего времени и др....
30723. Эволюция и крах бюрократических режимов в стране ЦЮВЕ 26.5 KB
  было сформировано коалиционное правительство в ГДР. Чехословакия и ГДР несколько условно могут быть отнесены к государствам с довольно высоким уровнем развития Польша Венгрия Хорватия и Словения – страны среднего развития а Болгария Румыния четыре другие республики бывшей Югославии Сербия Черногория Македония Босния и Герцеговина Албания – низкого. По решению парламентов ГДР и ФРГ с 1 июля 1990 г. ГДР прекратила свое существование вместо нее появились пять новых федеральных земель ФРГ.
30724. Изоляционизм США термин использовавшийся с середины 19 в. 25 KB
  Изоляционизм США термин использовавшийся с середины 19 в. для обозначения направления во внешней политике США в основе которого лежит идея невмешательства в европейские дела и вообще в вооруженные конфликты вне американского континента. складывались под влиянием ряда факторов: географическая обособленность Американского континента создание в США ёмкого внутреннего рынка способствовавшего тому что значительная часть буржуазии мало интересовалась заокеанской экспансией расширение за счет др.
30725. Великобритания выбор новой модели развития в условиях кризиса и распада колониальной империи 28.5 KB
  Черчилль предложил емкую формулировку такого мировидения концепцию трех великих кругов центром пересечения которых считалась Британия. Чем глубже пускала корни биполярная система мира тем активнее Британия искала себе место в условиях противостояния двух сверхдержав. в 1940–1950е годы Британия все еще ощущала себя империей однородным государством и державой глобального масштаба.