2769

Применение закона Ома к цепям переменного тока

Лабораторная работа

Физика

Применение закона Ома к цепям переменного тока Вариант лабораторной работы №324-дубль отличается от предыдущей иной формой представления результатов. По этой причине в описании отсутствует Введение – оно является общим для обоих вариантов....

Русский

2012-10-19

69 KB

9 чел.

Применение закона Ома к цепям переменного тока

Вариант лабораторной работы №324-дубль отличается от предыдущей иной формой представления результатов. По этой причине в описании отсутствует Введение – оно является общим для обоих вариантов.  Измерения и их обработку рекомендуется проводить в соответствии с приведенными здесь указаниями.

Во Введении написан закон Ома  для переменного тока в случае чисто активной нагрузки (3), индуктивной – (8) и емкостной – (13). Формулы (17) и (18) могут быть применены к цепям, представляющим собой любую комбинацию R,L,C.

Целью данной лабораторной работы является проверка выполнения закона Ома в цепях переменного тока различной конфигурации и определение на его основании индуктивности катушки и емкости конденсатора.

Упражнение 1

Закон Ома для RL-цепи и измерение индуктивности катушки

Измерения. Для измерения напряжения в данной работе применен электронный вольтметр, который обладает значительно большим входным сопротивлением по сравнению с традиционными электроизмерительными, что благотворно сказывается на точности получаемых результатов.

1.Подготовьте к работе электронный милливольтметр В3-38 – поставьте переключатель на наибольший предел измерения.

2.Соберите электрическую цепь по схеме, приведенной на рис.9. Предложите преподавателю или лаборанту проверить правильность сборки цепи.

3.Включите установку и вольтметр в сеть 220 В.

4.Установите с помощью переменного резистора R ток в цепи поочередно 20; 25; 30; 35; 40 мА и запишите в табл.1 соответствующие показания милливольтметра UL.

5.Измерьте входное напряжение U, присоединив измерительные провода вольтметра к клеммам u.

6.Запишите сопротивление катушки постоянному току R0 (его величина, указанная в омах, написана около ее клемм). Отметьте в табл.1, какие клеммы катушки задействованы.

7.Выключите установку и вольтметр из сети.

Таблица 1

I

UL

U

R0

Z1

Z

L

Обработка результатов измерений. 1.Из формулы (17), вычислите полное сопротивление катушки Z1

.                                               (19)

2.Из формулы (20) определите индуктивность L для каждого измерения

.                                         (20)

3.Найдите среднее значение  и полуширину доверительного интервала  по Стьюденту. Результат запишите в виде

        при  р=0,95.

4.Вычислите полное сопротивление всей цепи  Z=U/I.  Сравните между собой  Z1, Z, XL. Что означает каждая величина?

Упражнение 2

Закон Ома для RС-цепи и измерение емкости конденсатора

Измерения. 1.Соберите новую электрическую цепь по схеме, приведенной на рис.10. Предел измерения вольтметра – наибольший. Отметьте в табл.2, какой из конденсаторов С1 или С2 включен.

2.После проверки лаборантом или преподавателем правильности сборки включите установку и вольтметр в сеть.

3.Установите поочередно ток в цепи 20; 25; 30; 35; 40 мА и запишите соответствующие ему показания вольтметра UC.

4.Измерьте входное напряжение U.

5.Выключите установку и вольтметр из сети.

Обработка результатов измерения.

1.Исходя из формулы (17), определите сопротивление конденсатора переменному току Z2

            .                                (22)

Можно считать, что полное сопротивление конденсатора есть емкостное сопротивление, так как его активное сопротивление RC, как правило, значительно меньше емкостного (почему?) и им можно пренебречь. Какова физическая природа активного сопротивления конденсатора?


Таблица 2

I

UС

U

Z2

Z

R 

C

2.Вычислите емкость конденсатора для всех измерений по формуле

.                                             (23)

3.Найдите среднее значение емкости  и полуширину доверительного интервала C. Результат запишите в виде

 при  р=0,95.

4.Кроме конденсатора С цепь содержит резистор R, поэтому найдите полное сопротивление цепи Z  для всех измерений по формуле

,

где                                    .                                  (24)

Сравните между собой Z2,  Z. Что дают результаты сравнения?

5.Из формулы (24) найдите сопротивление резистора R.

Упражнение 3

Проверка закона Ома для RCL-цепи

Измерения. 1.Соберите электрическую цепь по схеме (рис.11), используя при этом ту же катушку и тот же конденсатор, что и в упр. 1 и 2.

2.После проверки лаборантом или преподавателем правильности сборки включите установку и вольтметр в сеть.

3.Измерьте напряжение на указанном участке цепи при 5-6 значениях тока. Результаты запишите в табл.3.

4.Измерьте входное напряжение U.

Обработка результатов. 1.Найдите полное сопротивление  Z3  участка  цепи, cодержащего L и C, для каждого измерения по формуле

.

Назовем его измеренным сопротивлением нагрузки  L, C.

Таблица 3

I

ULC

U

R0

Z3

измерен.

Z3

вычисл.

2.Найдите среднее значение (измеренное) и Z3 по Стьюденту.

3.Используя значения , найденные ранее в упр. 1, 2, вычислите сопротивление данного участка цепи по формуле

.

Будем называть найденное значение сопротивления вычисленным.

4.Сравните между собой измеренное и вычисленное значения сопротивления. Их совпадение с точностью до погрешностей измерения свидетельствует о Ваших правильных и безошибочных действиях

измеренное      

вычисленное   .

5.Постройте графики зависимости тока от действующего напряжения на катушке, конденсаторе и  на участке цепи L-C, т.е. по результатам всех упражнений, в одних осях координат. Продлите линии графиков до пересечения с осями. Какой вид имеют графики? Сходятся ли графики в начало координат?  Какой вывод из этого результата следует – см. формулу (17)?

6.На примере собственного опыта Вы видите, что между током и напряжением во всех рассмотренных случаях существует линейная связь. Следовательно, закон Ома (8), (13), (17) для цепей переменного тока, содержащих элементы R,C,L, выполняется. За это качество указанные элементы и составленные из них цепи называются линейными.

В ходе выполнения других лабораторных работ Вам встретятся и такие случаи, в которых закон Ома не имеет места, например, 1)в электрическую цепь входит катушка с ферромагнитным сердечником, 2)цепь содержит вакуумный или полупроводниковый диод.

Контрольные вопросы

1. Являются ли токи квазистационарными в условиях данной лабораторной работы?

2.Что такое активное сопротивление в цепи переменного тока? Какие элементы цепи обладают активным сопротивлением? Будут ли они его иметь в цепи постоянного тока?

3.Что такое индуктивное сопротивление? От чего оно зависит? По какой формуле оно вычисляется в работе? Что такое индуктивность, от чего она зависит? Обладает ли цепь индуктивностью, если в ней нет катушки?

4.Докажите, что напряжение на индуктивности опережает ток по фазе. Изобразите векторную диаграмму для данного случая.

5.Докажите, что колебания напряжения на емкости отстают по фазе от тока. Нарисуйте векторную диаграмму в этом случае.

6.Что такое емкостное сопротивление? От чего оно зависит? Как находится в данной работе? Что такое емкость, от чего она зависит? Обладает ли электрическая цепь емкостью при отсутствии в ней конденсатора?

7.Сформулируйте закон Ома для цепей переменного тока. Как производится проверка выполнения этого закона и каков ее результат?

Список рекомендуемой литературы см. в работе №324.

115

PAGE  112


Рис.9

R

V

L,R0

u

Рис.10

R

V

A

С

u

Рис.11

R

V

A

L,R0      С

u


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10609. Особенности цифрового управления процессами 196.25 KB
  Исторический обзор. Понятие системы. Особенности цифрового управления процессами Первый пример практического применения управляющей ЭВМ относится к 1959 году он связан с работой нефтехимического завода компании Texaco в городе Порт Артур штат Техас. Компания Texaco выпо...
10610. Управление на основе последовательного программирования. Управление на основе прерываний. Управление последовательностью событий и бинарное управление 480.38 KB
  Управление на основе последовательного программирования. Управление на основе прерываний. Управление последовательностью событий и бинарное управление Попытаемся проанализировать следующую проблему: могут ли задачи управления в реальном времени решаться с помощь...
10611. Генерация опорного значения. Системы, содержащие несколько контуров управления 107.1 KB
  Генерация опорного значения. Системы содержащие несколько контуров управления. Взаимосвязанные системы. Критичные по времени процессы. Сбор данных измерений и обработка сигналов. Топология информационных потоков. Интерфейс оператора. Системная интеграция и надежность...
10612. Модели, применяемые в управлении. Типы моделей. Масштаб времени динамических моделей 234.16 KB
  Модели применяемые в управлении. Типы моделей. Масштаб времени динамических моделей. Непрерывные модели динамических систем. Уравнения состояния. Нелинейные системы. Численное моделирование динамических систем. Проблема слишком большого шага. Дискретные модели динам
10613. Компоненты интерфейса между процессом и управляющим компьютером. Датчики. Исполнительные устройства. Бинарные и цифровые датчики 195.59 KB
  Компоненты интерфейса между процессом и управляющим компьютером. Датчики. Исполнительные устройства. Бинарные и цифровые датчики. Обработка сигналов. Дискретизация сигналов. Преобразование аналоговых и цифровых сигналов. Обработка измерительной информации. Аналог...
10614. Аналоговые (непрерывные) и дискретные регуляторы. Дискретная модель ПИД-регулятора 225.4 KB
  Аналоговые непрерывные и дискретные регуляторы. Дискретная модель ПИДрегулятора. Позиционный алгоритм. Определение частоты выборки в системах управления. Предотвращение интегрального насыщения. Регуляторы можно строить на основе как аналоговой так и цифровой те...
10615. Комбинационное и последовательностное управление. Управление на основе переключательных схем 73.32 KB
  Комбинационное и последовательностное управление. Управление на основе переключательных схем. Аппаратные и программные средства. Программируемые логические контроллеры. Эта глава посвящена бинарному комбинационному и последовательностному т. е. управление порядк...
10616. Шина VMEbus. Другие стандарты шин 61.46 KB
  Шина VMEbus. Другие стандарты шин Аббревиатура VME означает VERSA Module Eurocard. Соответственно VERSA это название более ранней версии шины разработанной компанией Моторола для процессора серии 68000 а платы Eurocard это стандарт формата плат раздел 8.2.2. Шина VMEbus была разработана г
10617. Программирование систем реального времени. Методы программирования: параллельное программирование, мультипрограммирование и многозадачность 123.5 KB
  Программирование систем реального времени. Методы программирования: параллельное программирование мультипрограммирование и многозадачность. Приоритеты процессов и производительность системы. Управление ресурсами. Обмен информацией между процессами. Последовате...