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

71578. Право власності на житло 121 KB
  З часу проголошення Україною незалежності пріоритетним напрямком її державної економічної політики став розвиток права приватної власності на житло. Становленню системи нормативноправових актів у сфері регулювання права власності на житло сприяло прийняття Цивільного та Земельною кодексів...
71579. Право комунальної власності 30.5 KB
  Право комунальної власності. Поняття суб’єкти та об’єкти права комунальної власності. Підстави виникнення права комунальної власності. Здійснення права комунальної власності.
71581. ВАКУМНОЕ НАПЫЛЕНИЕ (ВН) ПОКРЫТИЙ 207.5 KB
  ВН -– группа методов объединённых общим принципом создания при пониженном давлении поНД потока корпускулярных частиц атомы молекулы ионы и их осаждения на напыляемой поверхности Пв НП. При этом должно быть обеспечено отсутствие в потоке напыляемых частиц НЧ конденсированной фазы...
71582. Установки для вакуумного напыления (ВН) покрытий (Пк) 145 KB
  Многолучевая интерферометрия применяется для измерения hпк непрозрачных Пл и основана на наблюдении в микроскоп интерференционных полос возникающих при рассмотрении в монохроматическом свете двух Пв расположенных под углом друг к другу. Под микроскопом сдвиг интерференционных полос l...
71583. ДУГОВОЙ НАГРЕВ ПРИ ТВИ 119 KB
  На НМ 5 - анод подается «+» от ИП 2 высокого напряжения - для его ЭЛ нагрева на начальной стадии процесса и от ИП 3 низкого напряжения - для поддержания ДР 6 после его зажигания. Электронный луч не только плавит и испаряет НМ, но и ионизирует поток пара...
71584. Механизм зарождения и формирования покрытия 110.5 KB
  Одним из основных процессов, определяющих структуру покрытия, является гетерогенное зародышеобразование, которое начинается с того, что на НП возникают скопления атомов. Силы химической связи стремятся сблизить эти атомы в положения, соответствующие параметрам...
71585. ТЕОРИЯ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ 94 KB
  Для описания таких молекулярных потоков были использованы законы Ламберта из оптики и получены законы Ламберта-Кнудсена для ТВИ: интенсивность пара в направлении, которое отклоняется от нормали к поверхности испарения на угол...
71586. АБСОЛЮТНОСТЬ И ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ПРАВООТНОШЕНИЯ ГРАЖДАНСКО-ПРАВОВОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ 71 KB
  Теория и гражданский закон в зависимости от основания возникновения разделяют ответственность на два вида: договорную и внедоговорную (деликтную). По критерию дифференциации — структуре межсубъектной связи — эта классификация вполне соответствует...