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

100 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

28947. Борьба русских княжеств с иноземнми захватчиками в XIII веке. Установление ордынского языке и его последствия 29 KB
  Русь переживала период политической раздробленности и шанс объединить силы перед грядущей опасностью был упущен. на съезде золотоордынской знати было принято решение о походе на Русь который возглавил внук Чингисхана Батый. предпринял новый поход на Русь теперь на юг. Приняв на себя основной удар героически сопротивляясь Русь спасла Западную Европу от страшного агрессора.
28948. Возвышение Москвы. Роль московских князей в свержении ордынского ига и создании централизованного Русского государства 32 KB
  Иван I Калита которого называют первым собирателем земель русских перенёс митрополическую кафедру из Владимира в Москву московские князья в своей политике получают в союзники главу русской церкви авторитет которого в то время был очень высок. Политику Ивана I Калиты продолжили его сыновья Симеон Гордый 13401353 и Иван II Красный 1353 1359. После смерти Василия II 1462 великим князем становится его сын Иван III 1462 1505. Человек осторожный расчетливый Иван III последовательно проводил свой курс на покорение удельных княжеств...
28949. Возникновение сословно-представительной монархии в Московском государстве. Внутренняя и внешняя политики Ивана IV 48.5 KB
  Внутренняя и внешняя политики Ивана IV В 16 веке в России складывается сословнопредставительная монархия. в России уже было 25 000 стрельцов. в России разразился настоящий хозяйственный кризис. Последствия опричнины для России были трагичными: 1.
28950. Борьба политических партий за власть в 1917 г. Большевистский государственный переворот 96 KB
  От большевиков в Исполком вошли А. Было принято предложение большевиков об усилении Исполкома путем введения в него по три представителя от партий большевиков меньшевиков и эсеров. На основании этого в состав Исполкома от большевиков были дополнительно введены В. Относительная гибкость партии так же как способность улавливать преобладавшие настроения масс содействовала победе большевиков по крайней мере столько же сколько революционная дисциплина организационное единство и авторитет Ленина.
28951. Борьба политический партий за власть, большевистский государственный переворот 31.5 KB
  Следствием кризиса был Корниловский мятеж в результате которого все большую популярность получили большевики был окончательно потерян авторитет ВП. ЦИК советов и ИСКД создали чрезвычайный орган Комитет народной борьбы с контрреволюцией в который входили меньшевики эсеры и большевики. В это время большевики активизировали работу в советах стали восстанавливать отряды Красной гвардии направили своих агитаторов в корниловские войска Донскую Уссурийскую и Дикую дивизии. Укрепили свои позиции большевики возросло их влияние в народе.
28952. Возникновение советской государственности. Политика «военного коммунизма» 46.5 KB
  С приходом большевиков к власти возможность расширения правительства за счет вхождения в него других социалистических партий не была утеряна. В рядах партии имелась влиятельная группа большевиков которая отстаивала эту позицию. На заседании ЦК большевиков 1 ноября эта линия была расценена как капитулянтская переговоры были свернуты а Каменев снят с поста председателя ВЦИКа. в него было избрано 715 из800 депутатов: 370 эсеров 175 большевиков 40 левых эсеров 17 кадетов 15 меньшевиков 86 представителей национальных партий.
28953. Гражданская война и военная интервенция в России, причины и последствия 33.5 KB
  Предпосылки и причины гражданской войны После Октябрьской революции сложилась напряжённая социалполитическая ситуация Приступая к грандиозному преобразованию России большевики нуждались в спокойствии на внешних границах. Внутренняя обстановка в России была не менее напряжённой. Вводилось единое для всего населения России наименование гражданин Российской республики.
28954. Теория и практика национальной политики большевиков. Образование СССР 47 KB
  Неустойчивость международного положения молодых советских республик в условиях капиталистического окружения также диктовала потребность в объединении. Значение этого разделения возросло после окончания Гражданской войны когда встала задача восстановления разрушенного хозяйства и преодоления экономической отсталости советских республик. сложился военнополитический союз советских республик. был подписан декрет Об объединении советских республик России Украины Латвии Литвы Белоруссии для борьбы с мировым империализмом.
28955. Новая экономическая политика и ее сущность 34 KB
  Нэп допускал некоторое развитие капиталистических элементов при сохранении командных высот народного хозяйства в руках государства диктатуры пролетариата; обеспечивал подъём производительных сил на базе роста социалистических и вытеснения капиталистических элементов преобразование многоукладной экономики в единую социалистическую на основе индустриализации страны и кооперирования сельского хозяйства. Нарушение в этот период экономических связей промышленности с сельское хозяйством через торговлю сокращение товарооборота подрывали...