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

50410. Изучение законов динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси на маятнике обербека 83.5 KB
  В этой модели считается что трение в оси блока 8 отсутствует этот блок невесом а момент сил трения Μтр в оси блока с крестовиной не зависит от угловой скорости вращения. В этих условиях ускорение груза массой m постоянно на всем отрезке Н и равно: где r радиус намотки I момент инерции блока с крестовиной r=r1 либо r2 I определяется положением грузов массой m´ каждый и моментом инерции блока без грузов I0.1 Проверка независимости момента сил трения Μтр от угловой скорости...
50411. Оптимизация технологического процесса диагностики тормозной системы автомобиля Renault Logan 1.17 MB
  Целью дипломного проекта является подбор процесса диагностики тормозной системы автомобиля с целью повышения пропускной способности в масштабе автосервиса (дилерской станции и т.д.) без ухудшения качеств диагностики, оптимизация технологического процесса диагностики тормозной системы автомобиля Renault Logan
50412. Определение моментов инерции твёрдых тел и проверка теоремы Гюгенса - Штейнера 254.5 KB
  Определение моментов инерции длинного стержня: Период колебания рамки без закреплённых в ней тел: с Период колебания рамки с закреплённым ней эталонным кубом. с с с с Момент инерции эталонного куба: м сторона эталонного куба кг масса эталонного. Найдите момент инерции стрежня Iст по формуле: ; Момент инерции стержня: 00022398 Найдём теоретическое выражение для момента инерции стержня : где L = 024 м длина стержня = 03 кг масса стержня d = 0014 м Если стержень считать пренебрежительно тонким то теоретическое выражение...
50416. Определение моментов инерции твёрдых тел и проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера 176.5 KB
  Поскольку стержень представляет собой цилиндр и ось, относительно которой поворачивается при колебаниях стержень проходит через его центр масс перпендикулярно оси симметрии цилиндра, теоретическое выражение для момента инерции стержня имеет вид...
50418. Определение моментов инерции твёрдых тел и проверка теоремы Гюгенса-Штейнера 250.5 KB
  Цель работы: Определение моментов инерции твёрдых тел и проверка теоремы Гюгенса-Штейнера. Приборы и принадлежности: крутильный маятник, набор тел. Ход работы: I)Определение моментов инерции длинного стержня: 1)Период колебания рамки без закреплённых в ней тел