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

88 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

9290. Кровотечение. Реакция организма на кровопотерю 21.25 KB
  Лекция №9 Кровотечение. Реакция организма на кровопотерю. Петехия - небольшое кровоизлияние в кожу. Пурпуре – кровоизлияние в слизистые оболочки. Экхимозы - обширное кровотечение в кожу или слизистые. Гематома - ограничивание кро...
9291. Переливание крови и ее компонентов 21.79 KB
  Лекция №10 Переливание крови и ее компонентов Трансфузиология - это раздел клинической медицины, изучающий вопросы переливания у человека крови и ее препаратов, а также крове- и плазмозамещающих жидкостей с лечебной целью. Кровь - одна из...
9292. Осложнения при переливании крови. Методы профилактики и лечения осложнений 28.73 KB
  Лекция №11 Осложнения при переливании крови. Методы профилактики и лечения осложнений. Приказ Минздрава РФ от 25 ноября 2002 года №363 Об утверждении Инструкции по применению компонентов крови Гемотрансфузионные реакции и осложнения возникают в случ...
9293. Особенности обследования и предоперационной подготовки хирургического больного 16.3 KB
  Лекция №12 Особенности обследования и предоперационной подготовки хирургического больного Предоперационный период. Цель - снижение риска развития интра- и послеоперационных осложнений. Диагностический этап Подготовительный этап. Об...
9294. Операция. Способы формирования хирургического шва 18.76 KB
  Лекция Операция. Способы формирования хирургического шва. Операция - способ хирургического вмешательства, заключающегося в проведении специального механического воздействия на органы и ткани с лечебной и диагностической целью. Операция...
9295. Послеоперационный период 21.51 KB
  Лекция №14 Послеоперационный период Воздействие патологических факторов, обусловленных болезнью и операционной травмой, вызывает состояние, которое именуется системной постагрессивной реакцией. Классификация: Ближайший период (с 1 по 5-7 день)...
9296. Общие принципы лечения переломов костей 19.25 KB
  Общие принципы лечения переломов костей И стоит вопрос так, от того что студенты знают, лекции редко читают, нескольких слов. Травматизм занимает третье место, после респираторных заболеваний У мужчин 15-29 лет стоит на первом месте. Требуют гопитал...
9297. Деонтология в хирургии 21.89 KB
  Лекция №16 Деонтология в хирургии Термин деонтология введен вначале 19 века английским философом и священником Бентом, как название науки о профессиональном поведении человека. Деонтология – учение о нравственных аспектах действия врача в сфе...
9298. Травматизм. Социально-экономическое значение. Принципы оказания медицинской помощи 24.51 KB
  Травматизм. Социально-экономическое значение. Принципы оказания медицинской помощи. Травма - воздействие на организм человека внешних факторов, которые вызывают анатомические и функциональные нарушения (сотрясение, ушибы, растяжения, разрывы, с...