22831

ДВОПРОВІДНА ЛІНІЯ

Лабораторная работа

Физика

В таких системах активний опір ємність і індуктивність розподілені рівномірно вздовж лінії. Як правило в двопровідних лініях умова квазістаціонарності виконується щодо відстані між провідниками а сила струму I лінійна густина заряду q і напруга між провідниками U суттєво змінюються вздовж лінії. Застосовуючи до нескінченно малої ділянки двопровідної лінії закон збереження електричного заряду і електромагнітної Індукції нехтуючи активним опором провідників можна отримати такі співвідношення: 1 2 Тут L С ...

Украинкский

2013-08-04

95.5 KB

4 чел.

Робота 13. ДВОПРОВІДНА ЛІНІЯ

На практиці часто доводиться використовувати електричні кола, в яких виконується умова квазістаціонарності. Як приклад такого кола можна навести двопровідну лінію. Двопровідна лінія являє собою систему паралельних металевих провідників, в яких за допомогою генератора може збуджуватися змінний струм високої частоти. В таких системах активний опір, ємність і індуктивність розподілені рівномірно вздовж лінії. Як правило, в двопровідних лініях умова квазістаціонарності виконується щодо відстані між провідниками, а сила струму -I , лінійна густина заряду q ,  і напруга між провідниками U суттєво змінюються вздовж лінії.

Застосовуючи до нескінченно малої ділянки двопровідної лінії закон збереження електричного заряду і електромагнітної Індукції нехтуючи активним опором провідників, можна отримати такі співвідношення:

        /1/

     /2/

Тут L , С - Індуктивність і ємність одиниці довжини лінії. З рівнянь /1/ і /2/ можна отримати хвильові рівняння для напруги і струму в лінії

/З/44444444/4/

Загальні розв"язки хвильових рівнянь можуть бути представлені у вигляді

         /5/

         /6/

Таким ч,ином, струм і напруга у двопровідній лінії являють собою суму прямої і оберненої біжучих хвиль. Швидкість розповсюдження цих хвиль  ,де  сталі, які характеризують середовище між провідниками. Підставляючи розв"язки /5/ і /6/ в рівняння /1/, /2/, можна встановити зв"язок між напругою і струмом у прямій і оберненій біжучих хвилях.

         /7/

де   і називається хвильовим опором двопровідної лінії. Слід пам"ятати, що обернена біжуча хвиля з"являється тільки в обмеженій по довжині  лінії, внаслідок відбиття від кінця лінії. Відношення амплітуд біжучої і оберненої хвиль, а також зсув фаз ніж ними визначаються  квідб - коефіцієнтом відбиття.  Можна показати, що   квідб= /8/

де zn_ - опір навантаження, а z0 - хвильовий опір  лінії.У деяких випадках спостерігається повне відбиття прямої хвилі. Так, лінія,розімкнена на кінці, має і квідб=1 Тобто пряма і обернена хвиля напруги мають однакову амплітуду і зсув фаз між ними дорівнює 0.На кінці лінії напруга подвоюється , а струм дорівнює А для замкненої на кінці лінії zn=0, квідб=-1 маємо подвоєння величини струму і рівні 0 величину напруги.

У випадку повного відбиття прямої хвилі, а також при співпаданні частоти живлячого генератора з частотою одного з власних коливань обмеженої лінії в останній виникають стоячі хвилі.

На відміну від біжучої електромагнітної хвилі, в якій коливання електричного і магнітного полів співпадають по фазі, в стоячій електромагнітній хвилі коливання електричного поля зсунуті по фазі відносно коливань магнітного поля на  .Крім того, пучності електричного поля у стоячій хвилі співпадають з вузлами магнітного поля,і навпаки. Ця обставина зв"язана з тим, що для того, щоб задовольнити вимозі утворення правої трійки для векторів   для відбитої хвилі, у порівнянні з прямою, треба змінити знаки у вектора   , який визначає напрям розповсюдження хвилі, і у одного з векторів    або   . Тоді маємо для прямої хвилі, яка поширюється вздовж:

для оберненої хвилі: . Внаслідок суперпозиції двох хвиль опору маємо:

,

Мета роботи: вивчити закономірності поширення електромагнітних хвиль у двопровідній лінії.

Необхідні прилади: генератор електромагнітних хвиль надвисокої частоти, індикатор поля /приймач/, індикатор струму на лінії, Індикатор напруги на лінії, мікроамперметр, міліамперметр О – 10мв ; вольтметр постійного струму 0 – 300а , вольтметр змінного струму 0 – 10в , ЛАТР, універсальний блок  живлення.

Генератор зібрано за схемою двотактного автогенератора з індуктивним оберненим зв"язком /мал.ЗІ/.

Анодний і сітковий контури являють собою відрізки короткозамкненої  лінії з розподіленими параметрами. Завдяки індуктивному зв"язку анодного і сіткового контурів, на сітки лампи подається високочастотна напруга позитивного оберненого зв"язку. Частота коливань визначається, в основному, параметрами анодного контуру. Для запобігання попадання коливань на джерело анодного живлення застосовується фільтр, який складається з дроселя   і конденсатора C2 . Опір R2 обмежує сіткові струми. Приймач-індикатор /мал.32/

застосовують для дослідження розподілу напруги вздовж основної довгої  лінії. Приймач складений за паралельною схемою детектування і може бути навантажений на магніто-електричний амперметр. Для якісного визначення положення пучностей напруги і струму в довгій лінії можна використовувати простіші Індикатори: неонову лампочку  і  лампочку розжарення з витком зв"язку.

Генератор  живиться від універсального блоку  живлення. Величина анодної напруги 250 ± 10 В і напруги розжарення 6,3±0,5 В. Для узгодження генератора і основної довгої лінії використовується  перемичка на початку  лінії. Переміщуючи  її, слід встановити максимальну напругу в пучності при розімкненій на виході лінії.

Завдання та обробка результатів вимірювань

1. Подати напругу розжарення і анодну від універсального блоку живлення до генератора.

2. За допомогою простіших Індикаторів напруги і струму  ознайомитися з роботою довгої  лінії у двох режимах: . Записати у таблицю дані про положення пучностей напруги і струму. Оцінити довжину хвилі генератора. При  , переміщуючи перемичку  на початку лінії, узгодити генератор  і  лінію.

3. За допомогою приймача-індикатора вивчити розподіл напруги
вздовж лінії при різних навантаженнях на її виході:

а)                                                                 б)
в)                                                                 г)

4. Побудувати залежності струму мікроамперметра I від x для наведених опорів навантаження.

Контрольні питання

І. У чому полягає умова квазістаціонарності  електричного струму?

2. Вивести рівняння, що описують розповсюдження хвиль в двопровідній  лінії.

3. Залежність хвильового опору від геометричних параметрів двопровідної  лінії.

       4. Власні коливання обмеженої двопровідної лінії і умови виникнення стоячих хвиль в двопровідній лінії.  

    

     Список літератури

І. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 3 т.-М., І982.-Т.З.-С.176-190, «50-459.

2. Савельев Й.В. Курс общей физики: В 3 т.-М., І978.-Т.2,-С.220-229; 1979.-Т.З. -С.190-205.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51021. Анализ финансового состояния предприятия ООО “Вожегалес” 211.5 KB
  Главная цель анализа - своевременно выявлять и устранять недостатки в финансовой деятельности и находить резервы улучшения финансового состояния предприятия и его платежеспособности. При этом необходимо решать следующие задачи...
51022. Проверка независимости момента сил трения Мтр. от угловой скорости вращения блока 114.5 KB
  Пусть мы измерили t1 движения груза массой m на заданном перемещении Н при радиусе намотке r1, а затем время t2 движения того же груза на том же перемещении при радиусе намотки r2. Положение грузов в обоих случаях не менялось. Тогда при постоянстве Мтр получим...
51028. Определение коэффициента теплопроводности воздуха 101 KB
  Определение коэффициента теплопроводности воздуха. Цель работы: изучение явления теплопроводности в газах и определение коэффициента теплопроводности воздуха. Приборы и принадлежности: установка для измерения коэффициента теплопроводности воздуха. По результатам измерений U и I компьютер рассчитал соответствующие значения X и Y уравнение прямой и коэффициент теплопроводности воздуха.