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

35917. Тепловые эффекты растворения веществ 68.5 KB
  Определение энтальпии растворения соли кислоты или основания. Получить у преподавателя соль энтальпию растворения которой нужно определить при определении энтальпии растворения кислоты или основания необходимо соблюдать технику безопасности. Для определения энтальпии растворения соли используется калориметр схема которого показана на рисунке.
35918. Строение и метаболизм клеток животных. Строение и функции митохондрий. Клеточное дыхание 68 KB
  Ещё особенность внй мембраны очень высе содержание белков до 70 по весу предсх транспми белками ферментами дых цепи а также крупными АТФсинтетазными комплексами. Внуя мембрана в отличие от внешней не имеет спецх отверстий для транспорта мелких молекул и ионов; на ней на стороне обращенной к матриксу распся особые молекулы АТФсинтазы состоящие из головки ножки и основания. При прохождении через них протонов происходит синтез АТФ. Синтез АТФ унивей формы химй энергии в любой живой клетке.
35919. Основы экономики 65.8 KB
  Понятие и формы собственности. Владение – возможность определять судьбу объекта собственности продать подарить передать по наследству Распоряжение – управление объектом собственности с целью эффективного его использования можно сдать в аренду в пользование Пользование извлечение полезных свойств объекта собственности.лицу Формы собственности различаются в зависимости от того кто является собственником и осуществляет присвоение. В ГК РФ есть 4 формы собственности: 1.
35921. Функциональная стилистика 65.5 KB
  возникает много споров Функциональный стиль – разновидность литературного стиля предназначенный для функционирования в определенной сфере человеческой деятельности; общественно осознанная объединенная определена функциональным назначением в общ. Стиль художественной речи 2. Публицистический стиль 3. Научный стиль 5.
35922. Экологический мониторинг 64.5 KB
  МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА: Дистанционные аэрокосмические методы космические пилотируемые орбитальные станции корабли многоразового использования автономные спутниковые съемочные системы и т.; авиационного базирования самолеты вертолеты и микроавиационные радиоуправляемые аппараты и составляют значительную часть дистанционных данных remotely sensed dt как антонима контактных прежде всего наземных видов съемок способов получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектом съемки; к...