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

68896. Ресурсы (быстрые клавиши) 48 KB
  Чаще всего быстрые клавиши используются в программах для дублирования действий обычных опций меню. Однако быстрые клавиши могут выполнять и такие функции которых нет в меню. Например в некоторых программах для Windows имеется меню Edit которое включает в себя опцию Delete...
68897. Многозадачность и многопоточность 61 KB
  Многозадачность (multitasking) – это способность операционной системы выполнять несколько программ одновременно. В основе реализации этого принципа на персональных ЭВМ лежит использование операционной системой аппаратного таймера для выделения отрезков времени (time sliced) для каждого из одновременно выполняемых процессов.
68898. Многооконный интерфейс 121.5 KB
  Эти дочерние окна выглядят совершенно так же как обычные окна приложений. Меню главного окна приложения относится и к окнам документов. В каждый конкретный момент времени только одно окно документа активно об этом говорит выделенная подсветкой строка заголовка и находится над всеми остальными...
68899. Динамически подключаемые библиотеки 47 KB
  До сих пор мы использовали множество функций API для создания окон и оконных процедур, рисования, работы с клавиатурой и мышью, ввода-вывода. Все эти функции работали исправно и вы не задумывались над вопросом: где расположены эти функции и каким образом они подключаются к вашей программе.
68900. Представление графической информации 56.5 KB
  Битовый образ это цифровое представление изображения. Каждому пикселю точке изображения соответствует один или более бит битового образа которые определяют цвет пикселя. К достоинствам можно отнести хорошую передачу изображения именно они чаще всего используются для хранения фотографий...
68902. Понятие системного программирования 56 KB
  Например с точки зрения программиста который занимается ядром операционной системы человек создающий компилятор является пользователем системы т. Примеров таких систем можно привести множество: операционная система офисное программное обеспечение системы проектирования и т.
68903. Скелет оконной программы 95.5 KB
  Функцию создания окна. Для его создания необходимо выполнить два шага: регистрацию класса окна и вызвать функцию создания окна. Оба этих действия определяют основные свойства видимые и невидимые характеристики окна.
68904. Понятие контекста устройства 126 KB
  В связи с этим между программой и видео памятью было введено некоторое промежуточное звено получившее название контекста. Благодаря введению контекста процесс вывода информации изменился и имеет следующий вид рис. Программная модель контекста В программе см.