22838

Процеси в електричному колі змінного струму

Лабораторная работа

Физика

Фаза струму через індуктивність менша на від фази прикладеної напруги а фаза струму через ємність випереджає фазу прикладеної напруги на . Розрахунок кіл змінного струму базується на законах Кірхгофа для кіл змінного струму. Довільна ділянка кола змінного струму може бути представлена комбінацією активного опору індуктивності та ємності.

Украинкский

2013-08-04

123.5 KB

2 чел.

Робота 5

Процеси в електричному колі змінного струму.

Якщо в електричному колі діє електрорушійна сила, яка змінюється за гармонічним законом, то струм через елементи кола (активний опір R, індуктивність L та ємність C) пов’язані з поданням напруги на них U=U0sint співвідношенням: ;  ,

де – кругова частота коливань, U0 – амплітуда прикладеної до елементарного кола напруги, ,  та U0wС – амплітуда струмів через відповідні елементи кола.

Величини  та  мають розмірність опору і носять назву реактивних опорів. Фаза струму через індуктивність менша на  від фази прикладеної напруги, а фаза струму через ємність випереджає фазу прикладеної напруги на .

Розрахунок кіл змінного струму базується на законах Кірхгофа для кіл змінного струму. Широко використовується метод векторних діаграм та символічний метод [1,2,3].

Довільна ділянка кола змінного струму може бути представлена комбінацією активного опору, індуктивності та ємності. Приклавши до ділянки кола напругу U0=Usint, ми одержимо струм. Залежність між U(t) та I(t) виражається комплексним опором ділянки кола  , де  , який відображає співвідношення амплітуд і фаз до прикладеної ділянки кола напруги та струму через неї. На мал.10 подано кілька типових ділянок електричних кіл змінного струму та їх комплексні опори.

Мета роботи: ознайомитись з природою коливальних процесів у колі змінного струму.

Необхідні прилади: генератор сигналів, осцилограф двоканальний, магазин опорів, магазин ємностей, магазин індуктивностей.

Експериментальне дослідження електричних кіл змінного струму найкраще проводити з використанням двоканального або двопроменевого осцилографа, який дає можливість одночасно спостерігати на екрані два коливних процеси. На мал.11а наведена схема для дослідження залежностей між струмом I(t), що протікає через досліджувану ділянку кола, та прикладеною до ділянки напругою U(t). Об’єктом дослідження можуть бути як елементи /R,L,C/, так і їх довільні комбінації, наприклад, приведені на мал.,10.

У цій роботі може використовуватись будь-який генератор звукової частоти /наприклад, ГЗ-34 або подібний/, вихід якого можна відєднати від землі.

Напруга, прикладена до досліджуваної ділянки, подається на 1 канал осцилографа. Струм через досліджувану ділянку протікає по активному опорові R0 і створює на ньому падіння напруги U1=-R0I(t). Ця напруга подається на вхід 2каналу, інвергується і дає на екрані зображення напруги U2= -U1(t)=R0I(t), що за формулою співпадає із струмом.

Масштаб зображення регулюється шляхом вибору чутливості по 1 та 2 каналах, вибором опору R0, та регулюванням швидкості розгортки і вихідної напруги звукового генератора. Сучасні двоканальні осцилографи /СІ-64, СІ-70, СІ-83 та ін./ мають калібровану чутливість, що змінюється у широких межах, і дають змогу інтегрувати сигнал 2 каналу. Таким чином , можна визначити по кривим на екрані /мал.11б/ амплітуди прикладеної напруги, струму та фазовий зсув між струмом та напругою.

Амплітуда прикладеної напруги U0 визначається як половина добутку загального відхилення n1, вираженого у кількості поділок, на величину каліброваної 1 каналу V1: U0=, а амплітуда струму I0 – аналогічно I0=. Фазовий струм між струмом та напругою визначається як .

Для одержання стійкого зображення на екрані використовується внутрішня синхронізація розгортки сигналом 1 каналу. Більш детальні відомості прийомів роботи з осцилографом і мінімізації похибок можна знайти в інструкції по експлуатації осцилографа.

Завдання та обробка результатів вимірів.

Досліджувана дільниця кола підключається до схеми мал.11а. вимірюється значення амплітуд напруги, струму та фазовий зсув між напругою та струмом на різних частотах. Для дільниць, що не мають резонансних властивостей, частота  вибирається  у співвідношенні 1-1, 5-2-3-5-7-10-15... ,а для дільниць з явно вираженими резонансними властивостями проводяться додаткові виміри поблизу резонансної частоти . Діапазон частот та  визначають відповідно до типу дільниці і номіналів елемента, що утворюють. Результати вимірів заносяться у таблицю.

Визначаються експериментально одержані величини  та і розраховуються ці значення відповідно до типу дільниці і номіналів елементів R, C, L. Одержані дані подаються у вигляді графіків та . Перший графік будується у логарифмічному масштабі /, /, а другий – у напівлогарифмічному /,  /. На графіках відображаються також похибки вимірювань. Далі робляться висновки відносно справедливості теоретичних співвідношення і пояснюються можливі розходження між розрахованими та експериментально визначеними величинами.

Зразок графіків наведено на мал.12а, б.

Типи дільниць електричних кіл змінного струму, які рекомендуються для дослідження, наведені на мал.10. слід також розглянути конденсатор без послідовного опору та котушку індуктивності. Особливу увагу слід приділити вивченню процесів у послідовному та паралельному коливальних контурах. Конкретні рекомендації відносно номіналів використаних елементів та типів приладів дають на робочому місці.

Контрольні питання.

  1.  Закони Кіргхофа для кіл змінного струму.
  2.  Застосування методу векторних діаграм та символічного методу для розрахунку кіл змінного струму.
  3.  Співвідношення між амплітудами та фазами струмів, що протікають через активний опір, індуктивність та ємність, і прикладеною до них напругою.
  4.  Резонансні явища у колах змінного струму.
  5.  Методика вимірювання амплітуд і фаз змінних напруг за допомогою осцилографа.
  6.  Методика побудови частотних та фазових характеристик кіл змінного струму.

Список літератури.

  1.  Сивухін Д.В. Общий курс физики. – М., 1983.-С. 573-583.
  2.  Калашников С.Г. Электричество. – М., 1970.-С. 540-555.
  3.  Молчанов А.П.,Занадворов П.Н. Курс электротехники и радиотехники. – М., 1969.-С. 81-149.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76856. Вены головы 186.78 KB
  Кровь из вен головы поступает в яремные вены шеи и внутреннее позвоночное сплетение. Поверхностные вены головного мозга впадают в венозные синусы твердой мозговой оболочки. cerebri superiores имеющих восходящее направление: вены пре и постцентральной извилин предлобные лобные теменные и затылочные которые впадают в верхний сагиттальный синус.
76857. Вены верхней конечности 179.85 KB
  В области надплечья и плеча они вливаются в глубокие вены. Вторые проходят вместе с артериями собирая кровь от костей мышц суставов и вливаясь в подключичные вены. Вены верхней конечности клапанные начинаясь от пальцев они формируют на кисти тыльные венозные сети и ладонные дуги с перфорантными ветвями на предплечье и плече поверхностные и глубокие вены с анастомозами между ними.
76858. Вены нижней конечности 182.02 KB
  Прободающие вены соединяют между собой многочисленные глубокие и поверхностные вены расположенные в разных плоскостях и уровнях. В области лодыжек перфорантные вены не имеют прямых связей с подкожной сетью. Поверхностные вены вливаются в глубокие в разных отделах ноги в подколенной ямке и под паховой связкой.
76859. Принципы строения лимфатической системы 182.88 KB
  Лимфатические капилляры отсутствуют в тех органах и тканях где кровеносные капилляры не имеют базальной мембраны: в головном и спинном мозге и их оболочках глазном яблоке внутреннем ухе эпителии кожи и слизистых оболочек в пульпе селезенки хрящах костном мозге и плаценте. Начиная с выносящих лимфатические сосуды располагают полулунными клапанами в виде складок эндотелия придающих сосуду снаружи четкообразный вид. Лимфатические сосуды подразделяются на висцеральные органные и париетальные поверхностные и глубокие. Внеорганные...
76860. Грудной проток 180.8 KB
  Образование протока явление многовариантное: слияние поясничных или кишечных или тех и других стволов правой и левой стороны; слияние только поясничных и кишечных стволов 25; образование стволами млечной цистерны cistern chyli в виде конусовидного ампулярного расширения 75; сетевидное начало в виде крупного петлистого сплетения из поясничных чревных брыжеечных стволов и выносящих сосудов. Проток возникает на уровне XII грудного II поясничного позвонков и располагается рядом с брюшной аортой. В грудном протоке от начала...
76861. Правый лимфатический проток 179.63 KB
  Он проходит рядом с подключичной веной имеет клапаны и сфинктер впадает либо в венозный угол и вены его образующие либо в правый лимфатический проток. Бронхомедиастинальный правый ствол truncus bronchomedistinlis собирается из выносящих лимфатических сосудов от средостенных трахеобронхиальных и бронхолегочных лимфатических узлов. Он имеет клапаны впадает в правый лимфатический проток или в правый яремный венозный угол или в вены его составляющие внутреннюю яремную подключичную плечеголовную.
76862. Лимфатический узел 181.03 KB
  Лимфатические синусы в паренхиме узла делятся на краевой подкапсульный sinus mrginlis seu subcpsulris корковые sinus corticles мозговые sinus medullres воротный sinus chilris. По приносящим сосудам лимфа поступает в краевой синус из него в корковые из них в мозговые синусы а потом в воротный откуда начинаются выносящие лимфатические сосуды. Лимфатические узлы располагаются группами с вариабельным числом узлов в каждой 420 66404 всего образуется до 150 региональных групп. У висцеральных узлов наблюдается несколько...