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

9 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

38863. Влияние протравителя, систем обработки почвы и видов пара в севооборотах на пораженность зерновых культур болезнями 1014.5 KB
  Экологические требования к основной обработке почвы. В связи с этим целью научных исследований явилось изучение эффективности протравителя систем обработки почвы и видов пара в севооборотах в защите озимой ржи и яровой пшеницы от болезней вызываемых почвенными патогенами. Определить влияние протравителя систем обработки почвы и видов пара в севооборотах на урожайность и элементы ее структуры; 3. Наибольшие урожаи зерна получают на черноземах малопригодны заболоченные и тяжелые глинистые почвы Посыпанов Г.
38864. Гипсовые пазогребневые плиты 81.5 KB
  Плиты из неводостойкого гипсового вяжущего предназначены для устройства перегородок в зданиях различного назначения с сухим и нормальным режимом помещений по СНиП П379 а плиты из водостойких гипсовых вяжущих и с влажным режимом помещений. Плиты относятся к группе трудносгораемых материалов.
38867. Совершенствование управлением постоянными и переменными затратами при формировании финансовых результатов на предприятии СПК «Куяштыр» Аскинского района 1.04 MB
  Понятие затрат предприятия существенно различается в зависимости от их экономического назначения. Четкое разграничение затрат по их роли в процессе воспроизводства является определяющим моментом в теории и практической деятельности. Переменные и постоянные затраты это два основных типа издержек.
38868. Призначення, будова і принцип роботи приладу типу МТМ-РЭ-160 366 KB
  Управління технологічними процесами з використанням автоматичних засобів включає в себе виконання наступних основних задач: контроль параметрів процесів (температури, тиску в апаратах, складу і якості рідин і газів і т. д.); регулювання параметрів (підтримання їх у заданих значеннях)
38869. Изучение системно-характерологических отношений личности с разным уровнем готовности к риску 247 KB
  Техногенные прорывы плотин дамб шлюзов перемычек аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения и предприятиях внезапное обрушение зданий сооружений аварии на энергетических системах пожары взрывы транспортные аварии аварии с выбросом радиоактивных химических и биологических веществ; 3 экологическиеизменение состояния суши атмосферы гидросферы и биосферы; 4 биологические инфекционные заболевания эпидемии нашествия насекомых и животных и 5 социального характеравойны революции региональные конфликты и т. По...
38870. Разработка однолинейной схемы электрической подстанции 561.5 KB
  Расчет параметров короткого замыкания. Расчет параметров цепи короткого замыкания необходим для дальнейшей проверки выбранных токоведущих частей и оборудования подстанции по режиму короткого замыкания на термическую и электродинамическую стойкость и для проверки чувствительности релейной защиты. Последствиями термического и электродинамического воздействия токов короткого замыкания могут быть: механическое разрушение сборных шин частей аппаратуры токоведущих частей генераторов и трансформаторов; перегрев и расплавление...
38871. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ И ЗАЩИТЕ ДИПЛОМНЫХ РАБОТ (ПРОЕКТОВ) 432.5 KB
  В методических указаниях включены основные требования предъявляемые к структуре содержанию и оформлению дипломной работы проекта; краткие рекомендации по содержанию дипломной работы проекта и оформлению отзыва и рецензии; описана процедура защиты дипломной работы проекта. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ [5] 3 ВЫБОР ТЕМЫ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ ПРОЕКТА [5.3 Формулирование темы дипломной работы проекта [5.5] 4 НАУЧНОЕ РУКОВОДСТВО ДИПЛОМНОЙ РАБОТОЙ ПРОЕКТИРОВАНИЕМ [6] 5 ИЗЛОЖЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ ПРОЕКТА [7] 6 СТРУКТУРА И...