23350

Свободные колебания в R - L - C контуре

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: изучение влияния сопротивления электрического контура на характер свободных колебаний в нем и параметры затухания. Величина называется частотой затухающих колебаний. При  02 0 период затухающих колебаний практически можно вычислять по формуле : при этом погрешность вычисления периода будет менее 2 . 2 приведен график изменения заряда конденсатора от времени уравнение 4 из которого видно что амплитуда затухающих колебаний уменьшается во времени по экспоненциальному закону со скоростью определяемой...

Русский

2013-08-04

2.98 MB

10 чел.

Лабораторная работа № 2/4

                            Свободные  колебания  в  R - L - C  контуре.

Цель работы: изучение влияния сопротивления электрического контура на характер свободных колебаний в нем и параметры затухания.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Рассмотрим процесс протекания тока в электрическом контуре (рис.1). Будем считать, что первоначально на конденсаторе находится заряд q0. После замыкания ключа К в цепи возникает ток и в любой момент  времени сумма падений напряжения в цепи будет равна действующей  ЭДС (правило Кирхгофа), т.е.  

  UC + UR = ind                                                          (1)

где  - ЭДС  самоиндукции в катушке индуктивности;  UC и UR - падения напряжения на сопротивлении  и емкости.

Выразим  UC и UR  через заряд на конденсаторе и силу тока в цепи :            

 Рис. 1.     UC = q / C ,    UR = i  R.

Зная, что сила тока в цепи есть производная от заряда :

     

уравнение (1) приобретает следующий вид :

  

Соберем все члены в левой части и разделим уравнение на L :

                                                        (2)                                   

Перепишем уравнение (2) введя следующие обозначения :

                    

                                    (3)

где -   получила название коэффициента затухания, а 0  - собственная частота контура .

Решение данного дифференциального уравнения зависит от соотношения величин  и 0.

1. При   < 0, решение уравнения (3) имеет вид :

                                               (4)

то есть в контуре возникают колебания, с амплитудой уменьшающейся во времени.

Величина  называется  частотой затухающих колебаний.

При < 0,2 0 период затухающих колебаний практически можно вычислять               по формуле :

  ,  

при этом погрешность вычисления периода будет менее 2% .

На рис. 2  приведен график изменения заряда конденсатора от времени (уравнение (4)), из которого видно, что амплитуда затухающих колебаний уменьшается во времени по экспоненциальному закону, со скоростью определяемой значением коэффициента затухания .

                  

                                                        Рис. 2

                              

Время за которое амплитуда уменьшается в e раз, называется временем релаксации  колеблющейся системы (осциллятора) :

                                                  

Уменьшение амплитуды за один период характеризуется логарифмическим декрементом затухания  :

                                                     (5)  

где : An - амплитуда произвольного n - го колебания,

       An+1 - амплитуда следующего за ним колебания.

Характеристикой  способности колебательных систем сохранять   запасенную в них энергия является добротность  Q, определяемая  как отношение запасенной в осцилляторе энергии  E к ее потерям   за время, равное одному периоду колебания  :

          (6)

С другой стороны добротность Q есть умноженное на  число колебаний Ne, совершаемых за время пока амплитуда уменьшается в e раз .

2.  При        колебания в контуре не возникают, а процесс  протекания тока в контуре сводится к разряду конденсатора. Этот режим, называемый апериодическим, имеет место при сопротивлениях контура, больших некоторого критического  значения Rcr, величина которого  может быть найдена из формулы для частоты затухающих колебаний при условии :

                                            .                                                  (7)     

        

          Описание экспериментальной установки И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

                                                                                                                                             

Экспериментальная установка (рис.3) состоит из генератора импульсов Г5 - 54 (или Г5-15), осциллографа С1 - 55, магазина сопротивления R - 327 и блока ФПЭ 10/11.

Прямоугольный импульс с генератора периодически заряжает конденсатор, который затем разряжается через индуктивность L и сопротивление R. Колебания в контуре наблюдаются на экране осциллографа.    

Колебательный контур состоит из конденсатора с емкостью C=1,0 мкФ  и катушки  индуктивностью L=100 мГн . Общее активное  сопротивление контура Rоб складывается из сопротивлений катушки индуктивности , значение которой указано на установке, и дополнительного сопротивления , устанавливаемого на магазине R- 327 :

                             Rоб = Rк + Rд.

При выполнении лабораторной работы необходимо определить  параметры затухающих колебаний в контуре экспериментальным  путем и сравнить их с теоретическими значениями,  рассчитанными  по соответствующим формулам. .

  

                                         Рис. 3

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ  измерений .

Изучить электрическую схему установки и назначения ручек  и тумблеров приборов. Включить приборы и дать им прогреться 5 минут .

Установить на генераторе Г5-54 (Г5-15) частоту повторения импульсов 1,4ц,  длительность импульсов  мкс, амплитуду импульсов 20 - 30 В. На осциллографе установить ручку "V/дел" в  положение 0,05 V/дел, ручку "время/дел" в положение 0,5 мс/дел.

                Таблица 1.

Rдоп,

Ом

R об,

Ом

Тэ,

с

А1, дел.

А3, дел.

э

э,

c-1

ТТ,

c

Т

Т,

c-1

QТ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0

50

100

300

Установить на магазине R - 327 сопротивление 0.

На экране осциллографа получить устойчивую картину затухающих  колебаний,  по которой определить период колебаний Тэ. Полученный  результат занести в  графу 3 Таблицы 1. Примечание. Столбцы 2-8 Таблицы 1 предназначены для экспериментально полученных результатов, столбцы 9-12 - для теоретических.

Найти амплитуды первого А1 и третьего А3 колебаний. Результат занести в графы 4 и 5 Таблицы 1.

Повторить действия из пункта 4 для дополнительных сопротивлений Rдоп. указанных  в графе 1 Таблицы 1. Результаты занести в Таблицу 1 .

Обработка результатов измерений

        

По формуле   найти экспериментальное значение логарифмического декремента затухания.   Результат занести в Таблицу 1, графа  6.

Зная  э  и Тэ с помощью формул (5) и (6) найти  э и Qэ. Результат  занести  в   Таблицу 1,  графы 7 и 8 .

По известным значениям  R,  L   и   C  контура рассчитать теоретические значения   TТ, Т , Т , добротности QТ  и  занести их в графы 9 - 12.

Рассчитать теоретическое значение Rcr.

Написать заключение по работе, отметив в нем характер влияния сопротивление контура на параметры затухания и сравнив экспериментальные и теоретические значения параметров.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

                     

1. Что называется коэффициентом затухания, логарифмическим декрементом     затухания, добротностью контура ?

2. Показать, что логарифмический декремент затухания можно определить по формуле    T .

3. Что такое критический режим контура ?

4. Показать, что логарифмический декремент затухания можно вычислить по  формуле :                                         

  

5. Показать, что при  «    период затухающих колебаний  можно вычислить по формуле:

  

                                                   Литература

Савельев И.В. Курс общей физики, т.2. Электричество. М: Наука, 1970 г.  100.

Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 2 изд.- М.:Выс. шк., 1990.  146.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47835. Информатика. Автоматизированные системы управления 2.41 MB
  Она опирается на математическую логику и включает такие разделы как теория алгоритмов и автоматов теория информации и теория кодирования теория формальных языков и грамматик исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации. Примеры принципиальных ставших классическими решений в этой области неймановская архитектура компьютеров первых поколений шинная архитектура ЭВМ старших поколений архитектура параллельной многопроцессорной обработки...
47836. Правосознание и основные правовые категории 109.5 KB
  Властные отношения связанны с: Навязыванием воли властвующего субъекта подчинённому подданному; Jus – право Nomos – закон Автономия воли – делать должным для себя Право – возможность требовать должного отдавая каждому своё не чиня и не терпя вреда Должное – это возложенное на себя обязанность как проявляется автономия воли. можно дать следующую характеристику РФ: РФ является демократическим федеративным социальным правовым государством с республиканской формой правления. РФ – её цель служить человеку поскольку человек является...
47837. ФИНАНСОВО-ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ 1.01 MB
  Анализ как практика вид управленческой деятельности предшествующий принятию управленческих решений. С помощью анализа проводится обоснование управленческих решений на базе имеющейся информации. Анализ имеет свой предмет объекты и методы исследования экономические показатели и взаимосвязи между ними.
47838. АНАТОМИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ, ПАТОЛОГИЯ ДЕТЕЙ С ОСНОВАМИ ГЕНЕТИКИ 857 KB
  Рост –- это увеличение размеров развивающегося организма. В понятие онтогенез включают все стадии развития организма от момента оплодотворения яйцеклетки до смерти человека. отрезки времени онтогенеза каждый из которых характеризуется своими специфическими особенностями организма функциональными биохимическими морфологическими и психологическими.
47839. Система бухгалтерского учета 101 KB
  В соответствии с Федеральным законом О бухгалтерском учете N 129ФЗ от 21 ноября 1996 года бухгалтерский учет представляет собой упорядоченную систему сбора регистрации и обобщения информации в денежном выражении об имуществе обязательствах организации и их движении путем сплошного непрерывного и документального учета всех хозяйственных операций. В соответствии с действующим Законом О бухгалтерском учете бухгалтерский учет ведут все организации находящиеся на территории РФ а также филиалы и представительства иностранных организаций....
47840. Економічна сутність і методи вимірювання продуктивності 110.5 KB
  Економічна сутність і методи вимірювання продуктивності Сутність і значення продуктивності праці Розрізняють поняття продуктивність і продуктивність праці. Продуктивність –- це ефективність використання ресурсів праці капіталу землі матеріалів енергії інформації – під час виробництва різних товарів і надання послуг. Тому для визначення ефективності виробництва найчастіше використовують показник продуктивності праці хоча це не означає що тільки праця є джерелом продуктивності. Продуктивність праці відбиває ступінь ефективності...
47842. Лекции по электробезопасности 247.5 KB
  Длительность протекания тока (ожоги тканей тела, нагрев внутренних органов, изменение состава крови, нарушение функций центральной нервной системы, вероятность совпадения времени протекания электрического тока с фазой Т кардиоцикла)
47843. Философия. Основы философского учения 948.5 KB
  Мировоззрение его структура и основные типы Мировоззрение это система обобщенных взглядов на мир на место в нем человека и его отношение к этому миру а также основанные на этих взглядах убеждения чувства и идеалы определяющие жизненную позицию человека принципы его поведения и ценностные ориентации. Убеждения не особый вид знаний а их состояние качественная характеристика Мировоззрение включает настроения чувства переживиния составляющие его эмоциональнопсихологическую сторону и оказывающие существенное влияние на...