22826

Релаксаційні коливання у схемі з неоновою лампою

Лабораторная работа

Физика

Якщо напруга досягне певної величини яка називається напругою запалювання U3 лампа спалахне і струм стрибком досягне скінченої величини I3. Коли напруга спаде до величини U3 лампа не погасне. За другим правилом Кірхгофа для цього кола маємо 1 де Uk напруга на конденсаторі та неоновій лампі яка підключена до нього паралельно.15 видно що напруга на конденсаторі монотонно зростає із швидкістю яка залежить від величини добутку RC.

Украинкский

2013-08-04

86 KB

1 чел.

Робота 7

Релаксаційні коливання у схемі з неоновою лампою.

Власні коливання будь-якої затухаючої системи є затухаючими. Для того, щоб вони стали незатухаючими, необхідні зовнішні впливи: в механіці – зовнішніх сил, в електриці – зовнішніх напруг. У цьому випадку виникають так звані вимушені коливання. Але існують системи, в яких незатухаючі коливання можливі без зовнішніх періодичних впливів. Вони називаються автоколиваннями, а сам процес – автоколиванням.

До авто коливних систем входить джерело енергії. Воно періодично вмикається самою системою і вводить енергію, яка компенсує витрати на подолання тертя у випадку механічної системи або тепла Ленца-Джоуля у випадку електричної системи, що і робить коливання незатухаючими.

Розглянемо електричну автоколивну систему з неоновою лампою. Газорозрядна неонова лампа являє собою скляний балон, заповнений неоном, в якому розміщено два електроди у вигляді коаксіальних /із спільною віссю/ циліндри. При невеликій напрузі на електродах струм, що проходить через лампу, дорівнює нулеві. Якщо напруга досягне певної величини, яка називається напругою запалювання U3, лампа спалахне, і струм стрибком досягне скінченої величини I3. При дальшому збільшенні напруги струм відповідно зростає. Якщо змінювати напругу у зворотному напрямі, тобто зменшувати, то струм зменшуватиметься, але графічно піде по другій кривій. Коли напруга спаде до величини U3, лампа не погасне. Вона згасне лише при напрузі Ur, яка дещо менша U3, тобто U3Ur. При напрузі Ur струм стрибком спаде і лампа згасне. Властивості неонової лампи повністю пояснюють механізм коливань у схемі за мал.14.

Якщо замкнути ключ К, то через опір R потече струм , який заряджатиме конденсатор С. За другим правилом Кірхгофа, для цього кола маємо , /1/

де Uk напруга на конденсаторі та неоновій лампі, яка підключена  до нього паралельно.

Відомо, що , а ; звідси . Підставимо значення сили струму в рівняння /1/:. Розв’язком цього диференціального рівняння буде  /мал.15, лінія оаа//.

З мал.15 видно, що напруга на конденсаторі монотонно зростає із швидкістю, яка залежить від величини добутку RC. Величина =RC називається сталою часу або релаксації. Напруга на конденсаторі при зростанні, взагалі кажучи, повинна була б асимптотично наближатися до е.р.с. джерела Е. У нашій схемі напруга на конденсаторі зможе зрости лише до величини U3, тому що як тільки вона досягне цієї величини, спалахне неонова лампа, яка підключена до конденсатора, і конденсатор почне через неї розряджатися. Лампу в стані провідності можна розглядати як малий опір r. Конденсатор розряджається через неї за законом . Оскільки час розрядження відносно малий, ми нехтуємо тим зарядом, який надходить за цей час до конденсатора від джерела струму. Отже, через неонову лампу протікає струм

.  /2/

конденсатор розряджатиметься, поки напруга на ньому не досягне Ur; після цього неонова лампа згасне /лінія аб/. Далі на конденсаторі напруга знову почне зростати, досягне потенціалу спалаху неонової лампи /лінія бс/. Цей процес зарядження і розрядження буде періодично повторюватися, і неонова лампа ритмічно буде спалахуватиме з періодом T.

Величина T являє собою суму часу 2 зарядження від напруги Ur до напруги та часу t1 розрядження від напруги U3 до напруги Ur.. Оскільки r<<R, то t1<<t2 і часом t1 можна знехтувати. Час t2=t2-t1, де t1 – час, за який напруга на конденсаторі зросте від 0 до U3. З формул  і  визначаємо ; , звідки

.

Мета роботи: вивчити одну з найпростіших релаксаційних авто коливних схем з неоновою лампою.

Необхідні прилади: неонова лампа, магазин великих опорів, магазин ємностей, вольтметр, осцилограф, випрямляч, секундомір, ключ.

Для того, щоб дослідити характер струму, який протікає через неонову лампу, потрібно послідовно з нею ввімкнути опір r1 /820 Ом/ і напругу з нього подати на осцилограф /мал.16/. При цьому r1 повинно бути меншим R, щоб істотно не змінювати електричний стан кола струму. Напруга на r1 пропорційна струмові, що протікає через нього і, отде, характер зміни її, який ми бачимо на осцилографі, відповідатиме характерові зміни струму. Струм, що проходить через лампу, складається х окремих коротких імпульсів /мал.15/.

Завдання та обробка результатів вимірювань.

  1.  Скласти схему згідно мал.16.
  2.  Встановити r1=0, R=0 і С=0 і заміряти потенціали спалаху та згасання неонової лампи /зробити п’ять вимірювань і взяти середнє значення/.
  3.  Встановити Е> U3 /U3=Е/, С=1мкФ, R=1мОм і визначити за допомогою секундоміра період спалахів  50.
  4.  Повторити вимірювання для опорів від 900 до 100кОм через 100кОм при незмінному С.
  5.  Зробити ті ж самі вимірювання при С=2мкФ.
  6.  Приєднати до точок а1а2 осцилограф і накреслити формулу напруги Uк на конденсаторі та лампі.
  7.  Ввести в схему опір r1, приєднати до нього осцилограф і накреслити форму I2.
  8.  Побудувати залежність T=f(R).
  9.  Перевірити для якогось одного опору, чи дійсно подвоєння ємності приводить до подвоєння періоду.
  10.  Для однієї з точок обчислити T за формулою і порівняти з вимірами.

Контрольні питання.

  1.  Який розряд називається несамостійним і який самостійним?
  2.  Чому лампу можна використовувати для одержання електричних коливань?
  3.  Як змінний струм випрямляється кенотроном?
  4.  Вивести формулу для періоду зарядження і розрядження конденсатора.
  5.  Як змінюється період релаксаційних коливань при збільшенні Е?
  6.  Яким повинен бути період релаксаційних коливань, щоб на екрані осцилографа можна було спостерігати стійку нерухому картину?
  7.  Принцип дії, вольт-амперна характеристика і параметри стабіловольта. Роль правильного вибору полярності підключення його електродів до джерела е.р.с..

Список літератури.

1. Горелик Г.С. Колебания и волны. – М., 1956.-С. 123-125.

2.  Сивухин Д.В. Общий курс физики. –.М., 1983.-С. 498-535, 600-602.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55880. Волновая оптика 1.91 MB
  По электромагнитной теории Максвелла свет - это электромагнитные волны которые в вакууме распространяются со скоростью с = 3108 м с скорость света а в любой другой прозрачной среде их скорость меньше.
55881. Дифракция световых волн 686.5 KB
  Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске Для описания дифракции в ближней зоне дифракция Френеля Френель предложил метод зон метод зон Френеля. Размер зон Френеля Пренебрегая величинами второго порядка малости получим...
55882. Поляризация световых волн 537 KB
  Степенью поляризации называется величина 31 где Imx и Imin соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света пропускаемого поляризатором. Для естественного света Imx=Imin и P = 0 для плоскополяризованного Imin= 0 и P = 1.
55883. Дисперсия света 171 KB
  Графически эта зависимость выглядит следующим образом: Зависимость показателя преломления вещества от частоты длины волны света или зависимость скорости световых волн от его частоты длины волны называется дисперсией света.
55885. Программирование и алгоритмические языки 1006 KB
  В выражении должны использоваться только допустимые для данного типа операции порядок выполнения операций лучше указать скобками. В основе этих принципов заложена концепция типа данных которую можно сформулировать следующим образом...
55886. ЖИТТЄВІ КРИЗИ ОСОБИСТОСТІ ТА ФОРМИ ЇХ ПЕРЕЖИВАННЯ 56 KB
  Мета заняття: формування цілісного уявлення про кризи їх види фазі; форми переживання життєвих криз; вплив кризи на розвиток особистості; усвідомлення практичного значення набутих знань; формування навичок управління власними психічними станами; перевірка результатів засвоєння програмного матеріалу та оцінка знань студентів. Поняття кризи та її види та фази. Життєві кризи з позицій рольової теорії Питання що виносилися для самостійного опрацювання.
55887. ПСИХОСОЦІАЛЬНІ, ПСИХОСЕКСУАЛЬНІ, ВІКОВІ КРИЗИ ТА СТАДІЇ РОЗВИТКУ ЛЮДИНИ 51 KB
  Формування у студентів цілісного уявлення про вікові кризи та стадії розвитку людини; поглиблення та систематизація знань щодо психосоціальний розвитку особистості
55888. Методичні рекомендації та плани семінарських занять з основ економічної науки 851 KB
  Гетьмана Кафедра політичної економії Методичні рекомендації та плани семінарських занять з основ економічної науки для бакалаврів з економіки менеджменту денної та заочної форм навчання...