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

99 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

54874. Двогранні куги піраміди. Побудова лінійного кута двогранного кута між бічною гранню та основою піраміди 196 KB
  Мета: засвоєний поняття двогранного кута та його лінійного кута; формування навичок доведення того що побудований кут є лінійним кутом двогранного кута піраміди; оволодіння навичками побудови лінійних кутів двогранних кутів піраміди; удосконалення вміння зображувати стереометричні фігури. Назвати план побудови лінійного кута двогранного кута між бічною гранню та основою піраміди. Довести що площина лінійного кута перпендикулярна до кожної грані лінійного кута.
54875. Пряма призма. Піраміда. Площа поверхні та об’єм призми і піраміди 152 KB
  Площа поверхні та обєм призми і піраміди. Демонструються моделі пірамід Спільну вершину трикутних граней називають вершиною піраміди протилежну їй грань основою а всі інші грані бічними гранями піраміди. Відрізки що сполучають вершину піраміди з вершинами основи називають бічними ребрами. Перпендикуляр опущений із вершини піраміди на площину її основи називають висотою піраміди.
54876. Подорож до Великих пірамід 352.5 KB
  Вчитель: Сьогодні на уроці ми поговоримо про піраміди як многогранники і основну увагу будемо приділяти правильній чотирикутній піраміді а також заочно побуваємо в Стародавньому Єгипті ознайомимося з першим дивом світупірамідою Хеопса поєднавши знання з геометрії і історії. На попередньому уроці ви одержали творче завдання: провести теоретичне дослідження правильної чотирикутної піраміди і зробити презентацію цього многогранника. Презентація піраміди Презентацію проводять двоє учнів використовуючи моделі пірамід різні слайди. 1й...
54877. Радісне свято Великдень 153.5 KB
  Коломия є музей писанки. Свячені писанки були оберегом житла від грому й вогнюа людей і тваринвід лихого ока.Жупарина Писанки Робота над мелодією дикцією диханням характером твору. Серед її інструментальних творів варіації для фортепіано Українські писанки особливо вирізняються самобутнім використанням та осмисленням української народної пісенності.
54878. Як писанка барвиста, наша славна Україна, її часточка маленька, наша класная родина 128.5 KB
  Приспів: Дуже класно буде тричі Посміхнись До вашої уваги веселий діалог: Кумедні історії нашого класу Максим і Марко МАРКО. Я завжди здоровий коли нема школи МАРКО. МАРКО. МАРКО перебиває.
54879. О писанко! Ти – символ України 104.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з історичними традиціями святкування Великодня з релігійними обрядами повязаних з писанкарством; виховувати цікавість пошану до народних звичаїв та свят; вчити розмальовувати писанки; розвивати фантазію художній смак. Обладнання: інтерєр української світлиці: стіл рушники ікони паски вербові гілки яйця крашанки писанки крапанки фабричні деревяні писанки карта України добірка літератури про традиції святкування Воскресіння Христового писанки із завданнями мультимедійна...
54880. Інтегрований урок в 7 класі (інформатика, трудове навчання) 674.5 KB
  Ще одну писанку встановили у 2007 році на острові Хортиця. Учень Розмалюю писанку я сама Хоч іще маленька та дарма На звичайній крашанці жовтенькій Намалюю смужечки синенькі Червоні цяточки зелені листочки Рожеві блакитні пелюсточки Вийшла в мене писанка кольорова Ніби крапля сонечка веселкова Учень Вважається що чим більше кольорів на писанці тим вона магічніша тим...
54881. Мово українська, мово моя рідна 475.5 KB
  Особливої наруги зазнала наша мова оскільки саме вона була і буде мовою українського народу. Як саме виникла наша мова і яка історія виникнення письма Важкий шлях пройшла мова до сьогодення. Українська мова функціонує як національна мова нашого народу. Поза межами нашої держави українська мова в усній формі поширена в Білорусі Молдові.
54882. Свято до Дня української писемності 265.09 KB
  9 листопада День української писемності та мови. Впродовж кількох століть український народ привчали до думки про нібито вторинність української мови ретельно приховуючи від українців величезний масив української ж писемності історії та культури яка сягає глибокої давнини і нараховує багато тисячоліть. Процес унормування загальнонародної української мови вчені відносять до ХІІІХІV століття.