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

11087. Чрезвычайные ситуации на транспорте 28.73 KB
  Чрезвычайные ситуации на транспорте Особенности аварий на транспорте Значительное число техногенных катастроф происходит на транспорте. Транспорт является важнейшим связующим звеном частей любой страны звеном современного многоотраслевого хозяйства. Транспо...
11088. Аварии с выбросом (угрозой выброса) аварийно химических опасных веществ (АХОВ) 84.16 KB
  Аварии с выбросом угрозой выброса аварийно химических опасных веществ АХОВ Предприятия в городе использующие опасные химические вещества: металлургический завод машиностроительный завод коммунальное хозяйство кондитерская фабрика пивной зав
11089. Аварии с выбросом (угрозой выброса) радиоактивных веществ 183.84 KB
  Аварии с выбросом угрозой выброса радиоактивных веществ Внимание Радиация не имеет запаха цвета вкуса. Радиационноопасный объект РОО объект на котором хранят перерабатывают используют или транспортируют радиоактивные вещества при аварии на котором или его р...
11090. Аварии с выбросом (угрозой выброса) биологических опасных веществ. Гидродинамические аварии. Аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения 109.62 KB
  Аварии с выбросом угрозой выброса биологических опасных веществ. Гидродинамические аварии. Аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения. Аварии с выбросом биологических опасных веществ Предприятия использующие в производственных процессах различные веществ
11091. Чрезвычайные ситуации экологического характера 192.24 KB
  Чрезвычайные ситуации экологического характера Нарушение экологического равновесия Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и с окружающей средой. Все элементы живой и неживой природы влияют на состояние и жизнедеятельность друг друг...
11092. Чрезвычайные ситуации военного характера, источники их возникновения 41.26 KB
  Чрезвычайные ситуации военного характера источники их возникновения Особенности ЧС военного времени Нам представляется что ЧС военного характера военные столкновения это особая группа конфликтных и экологических ЧС возникших на определенной территории вызван...
11093. Действия населения при авариях катастрофах и стихийных бедствиях 26.35 KB
  Действия населения при авариях катастрофах и стихийных бедствиях. Введение. Стихийные действия сил природы пока еще не в полной мере подвластные человеку наносят экономике государства и населению огромный ущерб. Стихийные бедствия – это такие явления природы кото
11094. Средства защиты органов дыхания (противогазы, респираторы). Защитные сооружения, их классификация 48.51 KB
  Средства защиты органов дыхания противогазы респираторы. Защитные сооружения их классификация Средства Индивидуальной Защиты Органов Дыхания СИЗОД К СИЗОД относят противогазы респираторы изолирующие дыхательные аппараты комплект дополнительного патрона...
11095. Военная доктрина РФ. Организационная структура ВС РФ, рода войск и их предназначения 19.3 KB
  Военная доктрина РФ. Организационная структура ВС РФ рода войск и их предназначения. Военная доктрина Российской Федерации Утверждение военной доктрины Российской Федерации находится в компетенции Верховного Главнокомандующего Вооружёнными Силами Российской Фе...