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

11 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

40872. Imparfait в придаточном предложении 103 KB
  Pour voir le poste que je veux il fut prler u moins deux lngues étrngères. Mon nglis est ssez bon qunt u russe je ne lpprends que dès septembre. Oh On dit que cette lngue est très difficile Сomment rrivestu à létudier Mis non ce nest ps trop dur Pourtnt il fut trviller ferme. Et questce que tu sis déjà fire Bon je sis lire et trduire des textes dptés je peux mexprimer sur quelques sujets liés à l vie cournte et à m profession.
40873. Предпрошедшее время. Plus-que-parfait 143 KB
  Estce que tu es un bon conducteur Je pense que oui mis il fut être très ttentif. Oui vriment être u volnt cest ssez énervnt On peut voir une pnne ou un ccident on risque toujours de pyer une mende en prlnt u téléphone portble u volnt ou en oublint dttcher l ceinture de sécurité ремень безопасности. Bon cest ton choix 2. Trduisez les questions et répondezy: 1.
40874. Cогласование времен во французском языке 124.5 KB
  Mis il y bien longtemps que je ne suis ps descendu dns le métro. Heureusement ce nétit ps ux heures de pointe lors les voitures nétient ps bondées et ji été ssis pendnt presque tout le trjet. Ji enfin lu à l fin le livre que tu mvis donné. Trduisez les questions et répondezy : 1.
40875. Имя существительное во французском языке 68.5 KB
  Le moment des vacances et des voyages est enfin venu. Vous allez partir, peut-être seul pour la première fois, peut-être très loin... Pour vous aider à comprendre si vous êtes prêt, voici vingt questions de notre enquête. Répondez par oui ou par non et calculez vos points. Puis consultez le résultat.
40876. ПОНЯТТЯ РИМСЬКОГО ПРИВАТНОГО ПРАВА 90.5 KB
  Предмет римського приватного права. Розмежування приватного та публічного права.Історичні системи римського приватного права.
40877. Визначення мови та її функцій 70.5 KB
  Напрямки дослідження мови. Визначення мови та її функції. Майбутні вчителі мови повинні мати повне уявлення про те чого вони навчають.
40878. Оптимізація епістемної функції мови 87.5 KB
  Термінознавство є розділом лексикології що вивчає терміносистеми мови принципи їхньої організації механізми творення термінів вимоги до них а також розв'язує прикладні завдання впорядкування й кодифікації терміносистем і їхніх відповідників у різних мовах. Терміносистема не відповідна метамові певної галузі оскільки до метамови входять формули символіка які не належать до природної мови. Лейчик вважає що це традиційне питання може бути розв'язане на підставі кваліфікації терміна як лексичної одиниці мови для спеціальних потреб.
40879. СОВРЕМЕННАЯ ПОЛИТИЧЕСКАЯ ЛИНГВИСТИКА 227.5 KB
  Каждый новый поворот в историческом развитии государства приводит к языковой перестройке создает свой лексикофразелогический тезаурус включающий также концептуальные метафоры и символы. Специальные исследования показывают что абсолютное большинство исследований политической метафоры выполняется на материале современного дискурса. Вместе с тем появляются публикации в которых рассматриваются метафоры характерные для иных политических периодов. Согласно такой точке зрения и в Древней Греции и в средневековой Европе и в любой стране...
40880. Фізичні причини виділення діапазону НВЧ 187 KB
  Рівняння Максвела 2ого порядку описують всі електромагнітні явища: де густина струму напруженість ЕП напруженість МП індукція МП індукція ЕП густина заряду поверхневий струм. Це не всі рівняння Максвела у такій формі їх іноді називають рівняннями Герца. Рівняння записано в СГСЕ. Ці диференційні рівняння в частинних похідних другого порядку неоднорідні.