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

74453. Основные этапы истории российской правовой науки 12.94 KB
  Основные этапы истории российской правовой науки. Одни полагают что началом становления российской правовой науки в России приходится на 18 век. Поэтому первым шагом российских юридических просветителей и идеологов на пути формирования российской правовой науки было приспособление общих принципов и положений...
74454. Понятие и виды правовых исследований 11.62 KB
  Динамический аспект правовой науки проявляется в правовых исследованиях т. Существуют следующие виды правовых исследований: Эмпирические исследования это исследования результаты которых сводятся к изложению описанию и обобщению новых эмпирических достоверных фактов. Эмпирические исследования в отличие от теоретических с самого начала ставят своей целью получение знаний о реально существующих явлений и процессов соответственно на этот результат ориентированы и все исследовательские процедуры и конечный результат...
74455. Система юридической науки 29.74 KB
  Система юридической науки. Правовая наука представляет собой сложную и развитую систему многообразных знаний о государстве и праве об их историческом развитии и современном состоянии разделенных на отдельные обособленные массивы отрасли правовой науки. Отрасль правовой науки это знания о закономерностях действующих в обособленной сфере политикоправовой практики которые характеризуются логической непротиворечивостью и целостностью как правило на уровне теории а также представляют устойчивый интерес для правовой науки и...
74456. Современная западноевропейская правовая наука 18.77 KB
  Современная западноевропейская правовая наука попрежнему находится в состоянии прогрессивного развития совершенствования чему во многом способствуют постоянно возрастающие потребности общества и государства в обеспечении устойчивого правопорядка и создании надежных гарантий реализации и защиты права и свобод личности. В числе ведущих направлений развития современной правовой науки можно выделить:...
74457. Современный этап развития российской правовой науки 14.63 KB
  Современный этап развития российской правовой науки. Современный период российской правовой науки берет начало с 1991 г. В современный период занятие научными исследованиями проблем правовой науки является практически частным делом ученогоправоведа. Интенсивно развивается наука конституционного права предметом исследований проводимых представителями этой науки выступают проблемы и закономерности формирования и функционирования системы федеральных органов государственной власти роль конституционного правосудия в деле защиты Конституции РФ...
74458. Стадии правового исследования 43 KB
  На стадии целеполагания решаются главные вопросы научного исследования: что подлежит исследованию; какие позитивные результаты можно ожидать по его завершении; с помощью каких методов могут быть получены ожидаемые результаты. С учетом результатов целепологания исследователь должен трезво оценить свой творческий потенциал и быть уверенным в том что его способностей знаний и навыков владения научными методами исследования вполне достаточно для успешного завершения планируемого исследования. Подготовительная стадия научного...
74459. Уровни и формы знаний юридической науки 53.5 KB
  Знания об объекте правовой науки образует ее эмпирический уровень а знания о предмете теоретический уровень. При этом эмпирический уровень знания об объекте правовой науки формируется на начальных этапах познания тогда как теоретические знания составляют конечную цель и наиболее высокий результат научного познания. Вся объективная реальность представленная в объекте правовой науки исследуется ученымиправоведами а результаты исследований составляют содержание эмпирического уровня науки.
74460. Философский как основа методологии правовой науки. Общие философские методы научного познания 14.65 KB
  Общие философские методы научного познания. Гносеология или теория познания это учение об условиях о сущности и границах познания. Основу теории составляют проблемы соотношения субъекта объекта и содержания познания. Логика учение о последовательном и упорядоченном мышлении его элементах и общих методах познания.
74461. Функции юридической науки 50 KB
  Основные направления воздействия правовой науки на другие сферы гражданского общества понимаются как функции. Теоретико-методологическая функция правовой науки характеризуется тем что теоретические знания о государстве и праве и методы их познания выступают основой последующих исследований проблем данной науки обеспечивают получение новых достоверных знаний о политикоправовых явлениях и процессах. Практическая функция выражается в глубоком научном обосновании правовой наукой политикоправовой практики формулировании...