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

1761. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНАТОВ РЗЭ И АЛЮМИНИЯ ДЛЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ 1.44 MB
  Физико-химические и люминесцентные свойства гранатов, основные способы соединения со структурой граната, кристаллохимические особенности соединений со структурой гранат, термостимулированная люминесценция в соединениях со структурой граната.
1762. Об итерационных методах решения операторных уравнений второго рода 1.44 MB
  Метод ускорения сходимости монотонных приближений к решению уравнения. Построение приближений, сходящихся к спектральному радиусу и собственному вектору линейного оператора. Построение приближений, сходящихся к собственному вектору линейного оператора. Об одном варианте метода Зейделя.
1763. Литургия в творчестве русских композиторов конца XVIII - XX веков. Специфика жанра и организация цикла 1.43 MB
  Авторский хоровой цикл литургии: богослужебный и музыкально-художественный аспекты. Литургия в жанровой системе духовно-музыкального искусства. Проблемы организации авторского литургийного цикла. Богослужебная структура и принципы музыкальной композиции. Литургия как исторически типизированная композиция. Богослужебная структура. Соотношение сакральной и художественной сфер в русской духовной музыке. Научно-теоретические подходы. Литургия Иоанна Златоуста ор. 41 П. Чайковского. Богослужебный канон и авторское художественное творчество.
1764. Духовная культура Ставрополья XIX – XX вв. (на примере фольклорных традиций) 1.42 MB
  Исторические предпосылки развития духовных традиций Ставропольской губернии. Отражение социально-политических явлений XX в. в фольклоре региона. Повседневная жизнь населения Ставрополья в фольклорном контексте. Традиции и формы организации свободного времени.
1765. Описательная психиатрия с позиции психоанализа 1.42 MB
  Психиатрия и клиническая психология - время перемен. Интерпретация понятий описательной психиатрии с позиций психоанализа традиционно входят в программу по усовершенствованию психиатров, психологов, сексологов и невропатологов.
1766. Фьючерсные форвардные и опционные рынки 1.42 MB
  В учебном пособии рассматриваются теоретические и практические вопросы функционирования зарубежного и нарождающегося российского рынка срочных контрактов. Книга представляет собой новый шаг в дальнейшем освещении малоизученных и потому пока еще сложных вопросов, связанных с операциями над ценными бумагами. Один из разделов посвящен описанию организации фьючерсной торговли на Московской товарной бирже, хорошо знакомой автору на практике.
1767. AppleScript Scripting Reference 1.41 MB
  Running JavaScript based Action Manager code from AppleScript. AppleScript Objects. JPEG save options. layer comp, layer comps. raw format open options. Preferences for the Adobe Photoshop CS2 application.
1768. Концепт скука в прозаическом тексте И.А. Гончарова 1.42 MB
  Концепт скука в прозаическом тексте И.А. Гончарова. Метапоэтические данные о скуке и скучающем герое в рефлексии И.А. Гончарова: термины и понятия. Особенности речевого поведения скучающего героя. Особенности языковой личности скучающего героя.
1769. МЕСТНЫЕ ОРГАНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ И МЕСТНОЕ САМОУПРАВЛЕНИЕ В КАЛМЫКИИ В СЕРЕДИНЕ XIX-XX ВВ. (ИСТОРИКО-ПРАВОВОЙ АНАЛИЗ) 1.42 MB
  ФОРМИРОВАНИЕ МЕСТНЫХ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ В КАЛМЫКИИ В СЕРЕДИНЕ ХIХ – НАЧАЛЕ ХХ ВЕКОВ. МЕСТНЫЕ ОРГАНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ И МЕСТНОЕ САМОУПРАВЛЕНИЕ В КАЛМЫКИИ В ХХ ВЕКЕ.