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

14940. ҰЛТТЫҚ САНА-СЕЗІМ – ШЕКСІЗ ДҮНИЕ (Өзбекстандағы қазақтар жайында) 46.5 KB
  Нұрсұлтан Жүсіпов Өзбекстан мемлекеттік әлем тілдері университетінің докторанты филология ғылымдарының кандидаты ҰЛТТЫҚ САНАСЕЗІМ ШЕКСІЗ ДҮНИЕ Өзбекстандағы қазақтар жайында Ұлттық санасезім ұлттық патриотизм әр адамды әр халықты ұлттық ойлау қ
14941. ОРТАҚ ОТАН – ҚАЗАҚСТАН 44 KB
  Төкен ӨмірҰзақ Педагогғалым Ресей ОРТАҚ ОТАН ҚАЗАҚСТАН Қазақстан Республикасының елордасы Астана қаласының 10 жылдығына және Алаш қозғалысының 90 жылдығына орай Әлем қазақтарының рухани сұхбаты: тіл мәдениет және Алаш мұраты атты халықаралық конферен...
14942. САБАҚТАСТЫҚ Алаш идеялары және тәуелсіз Қазақстан мұраттары 56.5 KB
  САБАҚТАСТЫҚ Алаш идеялары және тәуелсіз Қазақстан мұраттары Қазақстанға Сталин жендеті Голощекин келгенше Алаш қозғалысы Алашорда өкіметі және оның серкелері туралы әредік обьективті пікірлер де айтылып отырды. Бұл ретте Ахмет Байтұрсыновтың өмірі мен қоғамд
14943. ТӘУЕЛСІЗ ҚАЗАҚСТАН МҰРАТТАРЫНЫҢ АЛАШ ИДЕЯЛАРЫМЕН САБАҚТАСТЫҒЫ 62 KB
  ТӘУЕЛСІЗ ҚАЗАҚСТАН МҰРАТТАРЫНЫҢ АЛАШ ИДЕЯЛАРЫМЕН САБАҚТАСТЫҒЫ Қазақстанға Сталин жендеті Голощекин келгенше Алаш қозғалысы Алаш орда өкіметі оның серкелері туралы әредік обьективті пікірлер де айтылып отырды. Бұл ретте Ахмет Байтұрсыновтың өмірі мен қоғамдықш
14944. Түріксой ұйымы – түркі халықтарыны мәдениетінің бірлігі 51.5 KB
  Түріксой ұйымы түркі халықтарыны мәдениетінің бірлігі Арғы тарихтың бедерінде күллі әлемге із қалдырған түркі дүниесінің бүгінгі күні де дүниежүзілік өркениетте ерекше орны бар екені белгілі. Жалауын жоғары ұстап намысын ешкімге таптатпаған ежелгі түркі халықта
14945. ҰЛТ ДАМУЫНЫҢ ЖАҢА КЕЗЕҢІ ЖӘНЕ АЛАШ МҮДДЕСІ 35 KB
  ҰЛТ ДАМУЫНЫҢ ЖАҢА КЕЗЕҢІ ЖӘНЕ АЛАШ МҮДДЕСІ Құрметті конференция қонақтары Қадірлі отандастар Біз Қазақстан Республикасы аталатын дәстүрі терең бағдары жаңа қоғамның бар мүмкіндігін экономикалық мәденирухани дамуға жұмсап келеміз. ҚР Президенті Н.Ә.Назарбае
14946. ҰЛЫБРИТАНИЯДАҒЫ ҚАЗАҚТАР ТУРАЛЫ 43 KB
  ҰЛЫБРИТАНИЯДАҒЫ ҚАЗАҚТАР ТУРАЛЫ Ұлыбританиядағы қазақтардың саны Түркиядан біраз қазақтар 1980 жылдың басынан бастап Ұлыбританияға жұмыс бабымен қоныс аудара бастаған. Олардың барлығы дерлік бұл күнде Лондонда өмір сүріп жатыр. Бұдан басқа соңғы жылдары Қытай жә
14947. ХАЛЕЛ ДОСМҰХАМЕДОВ ЖӘНЕ ТҮРКІТАНУ МӘСЕЛЕЛЕРІ 37 KB
  ХАЛЕЛ ДОСМҰХАМЕДОВ ЖӘНЕ ТҮРКІТАНУ МӘСЕЛЕЛЕРІ XX ғасыр басындағы өтпелі дүрмекті кезеңде саяси күрес сахнасына шығып қазақтың мұңын мұңдап жоғын жоқтап болашағын болжап аспан астында өмір сүру құқығын қорғап тер төккен сонымен қатар осы жолда құрбан болған қазақ...
14948. Болашақ заңгерлердің кәсіби ақпараттық-технологиялық даярлығын жетілдіру 312.5 KB
  Болашақ заңгерлердің кәсіби ақпараттықтехнологиялық даярлығын жетілдіру Кіріспе Зерттеудің көкейкестілігі. Бүгінгі таңда қоғамның сұранысы мен талаптарына сай жаңа технологияларды пайдалану арқылы бәсекеге қабілетті мамандар даярл...