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

81392. Социальная помощь в России в доинституциональный период социальной работы 38.2 KB
  Что касается феодальной Древней Руси то законодательная база социальной защиты в этом обществе развивалась довольно медленно. При чем в эту эпоху уже имеет место дифференцированный адресный подход к клиентам социальной помощи: прокаженные и престарелые должны были быть устроены в богадельни а здравые питаться по дворам. и последующие реформы обозначили новые подходы в социальной политике самодержавного государства.
81393. Основные этапы институциализации социальной работы 37.22 KB
  На начальном этапе институты социальной работы решали лишь конкретные задачи текущего момента. Затем появляется необходимость передачи накопленного опыта решения конкретных задач и образуется потребность в оформлении первичных теоретических представлений на сложившуюся практику социальной работы. Таким образом сформировалось специфическое образовательное пространство и были заложены основы теоретических обобщений практики социальной работы.
81394. Принципы и методы социальной работы 34.07 KB
  Принципы и методы социальной работы как социального института можно обозначить как сложившиеся правовые и моральные обычаи традиции нормы взаимоотношений между объектами и субъектами социальной работы получившими отражение законодательное и практическое в управлении этим институтом общества. К числу принципов социальной работы относят: гуманизм альтруизма эмпатия сочувствие доверие дифференцированный подход посредничество соблюдение конфиденциальности в работе адресность Система методов социальной работы сложна и многообразна....
81395. Теоретико-категориальный аппарат социальной работы. Понятия «социальная помощь», «социальная защита», «социальная реабилитация», «социальные гарантии» 33.49 KB
  Теоретикокатегориальный аппарат социальной работы. Под социальной защитой можно понимать систему мероприятий осуществляемых обществом и его различными структурами по обеспечению гарантированных минимально достаточных условий жизни поддержанию жизнеобеспечения и деятельного существования человека. Социальная помощь система социальных мер в виде содействия поддержки и услуг оказываемых отдельным лицам или группам населения социальной службой для преодоления или смягчения жизненных трудностей поддержания их социального статуса и...
81396. Антидискриминационная направленность социальной работы. Эйджизм, сексизм и инвалидизм в современном обществе 39.68 KB
  С точки зрения феминистской теории сексизм это проявление патриархата то есть такого устройства общества при котором мужчины как социальная группа обладают властью над женщинами как социальной группой. Для оправдания идеологии сексизма как правило используются эссенциалистские утверждения объясняющие социальное неравенство мужчин и женщин их природными различиями. Исторически женщины были а в некоторых странах остаются ущемлены в гражданских правах по сравнению с мужчинами например лишены избирательных прав. Она может выражаться в...
81397. Явление стигматизации в современном обществе. Виды стигматизации. Приведите примеры проявления 39.99 KB
  В отличие от слова клеймение слово стигматизация может обозначать навешивания социальных ярлыков. В этом смысле стигматизация ассоциация какоголибо качества как правило отрицательного с конкретным человеком или группой людей хотя эта связь отсутствует или не доказана. Стигматизация является составной частью многих стереотипов. Виды социальной стигматизации можно классифицировать следующим образом: Культурная стигматизация социальные ярлыки укоренившиеся в культуре государства либо мировой культуре чукчи недогадливы.
81398. Виктимизация и криминализация как социальное явление 37.5 KB
  Виктимизация это процесс превращения человека в жертву преступления и результат этого процесса как в единичном так и в массовом порядке. Виктимизация Обстоятельства тормозящие нормальное развитие личности человека: Общество и его культура; Низкий уровень жизни; Безработица обычаи и традиции народа; Особенности семейного воспитания; Плохие экологические условия на месте проживания; Слабая социальная поддержка государства Все эти факторы могут превращать в жертву социализации. Виктимизация процесс превращения человека в...
81399. Пенсионеры как объект социальной работы и социологического анализа 38.97 KB
  Роуз согласно которой культура становится стержнем объединяющим людей пожилого возраста создает особую близость между ними и в то же время обосабливает их от других возрастных когорт. Эта теория предполагает возрастную дифференциацию наряду с социальной разделяя людей на группы по их образу жизни и материальному положению. Терапевтические модели образующие фундамент практической работы с пожилыми людьми должны использовать 3 принципа: Изучение индивида в его социальной среде Понимание психосоциологического становления и развития...
81400. Социально-демографическая категория пожилых людей. Основные подходы к рассмотрению процесса ресоциализации пожилых людей 39.08 KB
  Основные подходы к рассмотрению процесса ресоциализации пожилых людей. У людей избравших в старости цель сохранения себя как личности важным является сохранение системы социальных связей и передача своего жизненного опыта. Рассматривая данную стратегию старения ученые отмечают что психика пожилых людей в этом случае отличается ориентировкой на настоящее и отсутствием депрессивной проекции на прошедшее.