23352

ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Лабораторная работа

Физика

ОСНОВЫ ТЕОРИИ Как известно из теории при приложении к RLC цепи рис.1 переменного напряжения в цепи возникает переменный ток сдвинутый по фазе относительно напряжения .1 Величина амплитуды тока определяется соотношением : 1 где импеданс цепи переменного тока.

Русский

2013-08-03

182 KB

10 чел.

Лабораторная работа № 2/6

ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: изучение законов переменного тока и их экспериментальная проверка для  R-R, R-C, R-L цепей.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Как известно из теории, при приложении к R-L-C цепи (рис.1) переменного напряжения   

  ,

в цепи возникает переменный ток, сдвинутый по фазе относительно напряжения     

  .

                                                                      

                                                        Рис.1

Величина амплитуды тока определяется соотношением :   

                                                                                                     (1)

где       - импеданс цепи переменного тока.

Сдвиг фаз между током и напряжением можно найти по формуле:

                                         (2)

В данной работе изучается протекание переменного тока в трех различных цепях.

1. Цепь R - R (рис.2)

 

В данном случае ток и напряжение оказываются синфазными ( = 0), т.к. величина индуктивности L цепи равна 0, а величина емкости цепи C равна  (см. формулу (2). Соотношение амплитуд напряжений Um2 на R2 и прикладываемого  напряжения Um находится следующим образом :

           Рис.2                      (3)

2. Цепь R - C (рис. 3).

Напряжение на сопротивлении R2 синфазно с током, а напряжение на емкости C отстает от тока по фазе на /2.  В силу этого, сдвиг фаз между напряжениями U2 и U равен сдвигу фаз между напряжением и током в цепи:

                       

  ,

                            

            Рис. 3                  где :                                         (4) 

(см. формулу (2) при L=0).

Соотношение между амплитудами Um2 и U2 определяется формулой:

                             

  .      (5)

3. Цепь R - L (рис.4)

Аналогично предыдущему рассмотрению, сдвиг фаз между напряжением U2 и U равен сдвигу фаз между током и напряжением :

 ,

 

 

                     Рис. 4   где:          (6)                   (см. формулу (2), при С=).

Соотношение между амплитудами Um2 и U2 определяется по формуле :

                                               .                    (7)

Как следует из формул  (5) и (7) соотношение Um2 / Um может зависеть от частоты переменного тока : с увеличением  отношение  амплитуд в цепи R-R не меняется, в цепи R-C -возрастает, а в цепи R-L - убывает.

                                

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И

МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

Экспериментальная установка (рис.5) состоит из генератора синусоидального напряжения ГЗ-33, осциллографа С1-55, кассеты ФПЭ-09/ПИ и источника питания ИП.

                                                                 Рис.5

Переменное напряжение с ГЗ-33 подается на кассету ФПЭ-09/ПИ, которая позволяет с помощью переключателей включать последовательно с сопротивлением R2 один из элементов R1, С или L. Переменное напряжение U2 с сопротивления R2 подается на выход "Y" осциллографа. Для одновременного наблюдения общего напряжения U в цепи, в кассете ФПЭ-09/ПИ имеется коммутатор, подающий поочередно на выход осциллографа напряжения U и U2. Синхронизирующий сигнал с коммутатора подается на вход "X" осциллографа.

      На экране появляется картина, подобная приведенной на рис.6.

Для определения амплитуд сигналов U и U2 необходимо воспользоваться вертикальным масштабом, задаваемым переключателем "Вольт/дел". В том случае, если амплитуды сигналов U и U2 сильно отличаются, необходимо использовать различные вертикальные масштабы для U и U2.

Для определения разности фаз между напряжениями можно использовать следующую процедуру:

Рис. 6

1. Выбрать вертикальный масштаб, при котором амплитуда U2 составляет не менее двух клеточек.

2. Подвинуть картинку по вертикали так, чтобы нулевая линия проходила точно посередине сигнала.

3. Подвинуть картинку по горизонтали, чтобы одно из пересечений синусоиды U с осью Х проходило точно через одну из вертикальных линий.

4. Определить число клеточек N, соответствующих одному периоду.

5. Определить расстояние по горизонтали N (в клетках) между пересечениями с нулевой линией синусоид U и U2.

6. Определить разность фаз по формуле:  

                                                                                                        (8)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Изучить электрическую схему установки. Включить приборы и прогреть их.

Установить на генераторе частоту 104 Гц.

Включить на кассете ФПЭ-09/ПИ переключатель R и добиться получения на экране осциллографа картины, аналогичной рис.6. (для N=0)

Измерить амплитуды Um и Um2 и величины N и N. Результаты занести в Таблицу 1.

Включить на кассете переключатель C и провести измерения в соответствии с пунктом 4.

Таблица 1

Частота  

 f (Гц)    

           R

            L

              C

Um

Um2

N

N

Um

Um2

N

N

Um

Um2

N

N

104

4104

Включить на кассете переключатель L и провести измерения в соответствии с п.4.

Установить на генераторе частоту  4104 Гц и повторить п.п.3-6.

Вычислить по формулам (3), (4), (5), (6), (7) отношения Um2/Um и сдвиги фаз для двух частот и занести их в Таблицу 2 в графу "Расчет" (величины R1, R2, L и C приведены на установке).

Таблица 2

Частота

f,  Гц

        R

 

         C

          L

Um2/Um

Um2/Um

Um2/Um

Расчет

104

4104

Экспе-

104

римент

4104

На основании данных из Таблицы 1 рассчитать значения Um2 /Um и занести их в     Таблицу 2 в графу "Эксперимент".

Сделать выводы и написать заключение по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое импеданс цепи переменного тока (полное сопротивление цепи переменного тока)?

Что такое реактивное (емкостное и индуктивное) сопротивление и как оно зависит от частоты переменного тока ?

Нарисуйте векторную диаграмму напряжений и токов для R-R, R-L, R-C цепочек?

Как определить сдвиг фаз между током и напряжением в R-L-C цепочке?

Как в общем случае рассчитывается импеданс цепи переменного тока ?

Как выглядит соотношение между силой тока и напряжением в цепи переменного тока (аналог закона Ома) ?

 

Литература

Савельев И.В. Курс общей физики, т.2. Электричество. М: Наука, 1970 г.  93 - 97.

Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 2 изд.- М.:Выс. шк., 1990.  149.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70698. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБТЕКАНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ. ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА ОБТЕКАНИЯ ТЕЛ ЖИДКОСТЬЮ И ГАЗОМ 845.83 KB
  Теоретические модели моделирования обтекания тел потоком жидкости Реальные явления природы очень сложны и недоступны для строгого теоретического анализа. В теоретической аэродинамике принято целый ряд моделей обтекания твердых тел потоком жидкости.
70699. Расчёт печатной платы 2.77 MB
  Основой многих импульсных источников питания служат однотактные обратноходовые преобразователи напряжения (ООП). ООП напряжения являются сейчас наиболее распространёнными. Это обусловлено тем, что в области малой...
70702. Технико-экономические показатели инвестиционного проекта 415.5 KB
  Объектом проектирования выбрана паровоздуходувная электростанция ПВЭС ОАО «ММК». ПВЭС находится в энергопроизводящей группе структуры энергетического хозяйства ОАО «ММК». Структура энергетического хозяйства включает в себя 3 группы...
70703. Изменение системы управления двухбалочного мостового крана 10т-25-22,5 1.1 MB
  Поверочный расчет электродвигателя. Расчет механических нагрузок приведенных к валу двигателя и моментов переключения. Проверка двигателя по нагреву. Характеристики электродвигателя после модернизации.
70704. Анализ и диагностика финансово-хозяйственной деятельности предприятия 1.17 MB
  Целью анализа является оценка стоимости и структуры имущества предприятия, источников его финансирования, динамики этих показателей. Анализ финансового состояния предприятия проводится на основе данных бухгалтерской отчетности, а именно форм №1 и №2.
70705. Моделирование объектов автоматизации 2.19 MB
  Невозможно представить себе современную науку без широкого применения математического моделирования. Сущность этой методологии состоит в замене исходного объекта (явления, процесса) его «образом» - математической моделью – и дальнейшем изучении модели с помощью реализуемых на компьютера...