2528

Изучение затухающих электромагнитных колебаний с помощью осциллографа

Лабораторная работа

Физика

Углубление и закрепление знаний по электромагнитным колебаниям, возникающим в колебательном контуре, усвоение методики использования электронного осциллографа для исследования электрических сигналов.

Русский

2013-01-06

150.84 KB

91 чел.

Дата       Фамилия       Группа

 

Лабораторная работа №47

I.Название работы:

Изучение затухающих электромагнитных колебаний с помощью осциллографа

Цель работа:

Углубление и закрепление знаний по электромагнитным колебаниям, возникающим в колебательном контуре; усвоение методики использования электронного осциллографа для исследования электрических сигналов

II.Краткое теоретическое обоснование:

Электромагнитные колебания можно получить в колебательном контуре, состоящем из конденсатора емкостью C, катушки с индуктивностью L и электрического сопротивления R, соединенных последовательно (рис.1).

При разомкнутом ключе K конденсатору сообщает некоторый зaряд q0. При этом колебательный контур получает энергию . При замыкании ключа конденсатора начнет разряжаться и в контуре возникнет ток I. Из-за явления самоиндукции ток нарастает до максимального значения не скачком, а постепенно и не прекращается сразу при полной разрядке конденсатора (q = 0), а медленно ослабевает. В момент I = 0 произойдет перезарядке конденсатора, и ток потечет в противоположном направлении. При этом энергия электрического поля конденсатора будет переходить в энергию магнитного поля катушки (Емагн = LI2 / 2) и обратно.

Таким образом, заряд q, разность потенциалов на обкладках конденсатора U, ток в колебательном контуре I будут изменяться по колебательным законам. Такие колебания называются электромагнитными. Так как на сопротивлении контура R происходит потеря энергии, если не восполнять эти потери.

Запишем закон Ома для замкнутой цепи. В нашем контуре падение напряжения происходит на омическом сопротивлении и на конденсаторе, а роль электродвижущей силы играет эдс самоиндукции :

Учтем, что

и исключая переменные q, I, получим уравнение колебаний для напряжения

Это − дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами. Его решением является функция вида

Здесь t − время; U − мгновенное значение напряжения; β − коэффициент затухания; ω − круговая частота колебаний; φ0 − начальная фаза колебаний.

Коэффициент затухания, частота и период колебаний зависят от параметров колебательного контура C, L, R, и равны:

Если R → 0, в контуре возникают незатухающие колебания. Если , происходят апериодический процесс, т.е. разрядка конденсатора через катушку без колебаний. Затухание происходят из-за потерь сообщенной контуру энергии на излучение электромагнитных волн и т.п.

Зависимость напряжения от времени показана на рис.2.

Для характеристики затухающих колебаний вводятся величины: декремент затухания D, логарифмический декремент затухания δ и добротность Q. Декрементом затухания называется отношение двух последовательных амплитуд, взятых через период T:

а логарифмический декремент

Добротностью контура называется величина, пропорциональная отношению запасенной энергии к среднему значению энергии, теряемой за один период. Добротность можно вычислить по формуле

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

IV.Схема установки.

V.Измерительные приборы и принадлежности.

Для наблюдения и исследования электромагнитных колебаний служит электронный осциллограф. В электронно-лучевой трубке осциллографа узкий пучок электронов попадает на флюоресцирующий экран. В месте попадания луча на экране появляется светящаяся точка. Для управления лучом в трубке имеются две пары отклоняющих пластин. На горизонтально отклоняющие пластины попадает напряжение пилообразной формы. Довольно медленно это напряжение возрастает, затем резко уменьшается. При этом электронный луч пробегает экран в горизонтальном направлении с постоянной скоростью и почти мгновенно возвращается назад. Если на вертикально отклоняющие пластины подать исследуемое напряжение, то на экране возникнет временная “развертка” колебаний.

Рабочая схема приставки представлена на рис.3. Затухающие колебания, возникающие в колебательном контуре, подаются на вход Y осциллографа через вторичную катушку индуктивности L2. Максимальная сетка на экране осциллографа позволяет измерить амплитуду и период колебаний в делениях этой сетки. Для определения периода колебаний в секундах на вход Y подается переменное напряжение городской сети, период колебаний которого равен 0,02 c, и определяется цена деления сетки осциллографа в секундах.

VI.Результаты измерения.

Таблица 1

Период колебаний промышленного тока

Число клеток в одном периоде

Цена деления

Период затухающих колебаний в делениях сетки

Период затухания колебаний, С

1

2

3

4

5

6

0,02

5

1

21

6

5

4

3

2

41

Таблица 2

Амплитуды колебаний

Декремент затухания

0

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

Среднее значение

30

20

12

8

6

4

2

1,5

1,7

1,5

1,3

1,5

2

1,6

VII. Черновые записи и вычисления.

D1 = 30 / 20 = 1,5               D2 = 20 / 12 = 1,7               D3 = 12 / 8 = 1,5

D4 = 8 / 6 = 1,3               D5 = 6 / 4 = 1,5               D6 = 4 / 2 = 2

Dср = ( 1,5 + 1,7 + 1,5 + 1,3 + 1,5 + 2 ) = 1,6

VIII. Основные выводы.

Закрепили знания по электромагнитным колебаниям, возникающим в колебательном контуре; усвоили методики использования электронного осциллографа для исследования электрических сигналов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37797. Ознакомится с назначением и принципом работы выпрямительных и сглаживающих устройств, используемых в источниках питания электронных цепей 91 KB
  Схема однополупериодного выпрямителя. Рассчитать коэффициент пульсации и сглаживания для однополупериодного выпрямителя со сглаживающим резистивноемкостным фильтром. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим резистивноемкостным фильтром. Рассчитать коэффициент пульсации и сглаживания для однополупериодного выпрямителя со сглаживающим индуктивноемкостным фильтром.
37799. Побудова корпоративної комп’ютерної мережі з доступом до ресурсів Internet 57 KB
  Мета роботи: Вивчити основні принципи побудови корпоративних комп’ютерних мереж на основі комутаторів Fst Ethernet маршрутизуючого комутатора 3го рівня Fst Ethernet програмного маршрутизатора на базі ПК з операційною системою FreeBSD 8.1 принципи організації доступу корпоративної комп’ютерної мережі до ресурсів Internet через апаратний маршрутизатор Fst Ethernet отримати практичні навики по налаштуванню та діагностуванню роботи корпоративної комп’ютерної мережі створенню та використанню спільних ресурсів. Завдання: Дослідити...
37800. Робота з базами даних в мережі 88.5 KB
  Робота з базами даних в мережі. Вивчення архітектури мережевих баз даних. Архітектура серверних баз даних. Оскільки настільні СУБД такі як dBse Prdox FoxPro ccess не містять спеціальних додатків і сервісів для роботи в мережі щоб керувати даними а використовують для цієї цілі файлові сервіси операційної системи вся реальна обробка даних в таких СУБД здійснюється клієнтськими додатками і будьякі бібліотеки доступу до даних в цьому випадку також знаходяться в адресному просторі клієнтського додатку.
37801. Амплитудные детекторы радиосигналов 374 KB
  Приводятся теоретические сведения о принципах детектирования амплитудно модулированных сигналов процессах происходящих при детектировании АМ сигналов основные соотношения и рекомендации по выбору параметров элементов детекторов. В работе изучается влияние элементов принципиальных схем детекторов на характеристики детектирования и на выходные сигналы.1 Определение детектора и процесса детектирования. Процесс детектирования радиосигналов определяется как обратный процессу получения модулированных колебаний радиосигналов.
37802. ЗНЯТТЯ РЕГУЛЯТОРНОЇ І ШВІДКИСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГУНА 71 KB
  На підставі цього аналізу оцінити економічність ефективність режимів роботи двигуна і динамічні якості. При роботі двигуна з відкритою дросельною заслінкою в дифузорі створюється розрідження і паливо з розпилювача поступає в дифузор розпилюється там і перемішується з повітрям. Регулювальні характеристики Регулювальні характеристики є залежностями основних показників двигуна від значення одного або декількох з регулювальних параметрів при постійній частоті обертання...
37803. Ознайомлення з особливостями застосування на мові Асемблера системи команд керування програмою та процесором, вивчення команд умовного розгалуження 81 KB
  Вивчити основні команди керування програмою та процесором, отримати навички та вміння щодо застосування команд умовного розгалуження.
37804. Робота з дисками папками та файлами в середовищі Windows 669.5 KB
  Вивчив призначення програм основного меню при натисканні на клавішу пуск. запустив програму блокнот зафіксував у звіт призначення меню файли. За допомогою правої правої клавіші миші обо через меню Программы війти в програму проводник.
37805. Програмування лінійних та розгалужених алгоритмів 62.52 KB
  Ознайомитися з операторами вводу, виводу і присвоєння, навчитися записувати лінійні алгоритми на мові програмування Pascal; закріпити теоретичні відомості про розгалужені алгоритми, оператори передачі управління, навчитися програмувати розгалуження.