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

39012. Информационные технологии управления. Курс лекций 266 KB
  Целью изучения данного курса является изучение: методологии проектирования информационных технологий управления ИТУ; принципов выбора инструментальных средств проектирования ИТУ; основных направлений автоматизации управления; основных методов используемых для автоматизации подготовки и принятия управленческих решений; практики применения ИТУ; подходов и методов для оценки экономической эффективности ИТУ. Усвоение курса âИнформационные технологии управленияâ основано на знаниях полученных при изучении теоретических основ информационных...
39013. Информационные системы в управлении 444 KB
  Фактографические системы оперируют фактическими сведениями представленными в виде специальным образом организованных совокупностей формализованных записей данных. Фактографические системы используют не только для реализации справочных функций но и для решения задач обработки данных. Взаимосвязь информационных потоков образованных прямыми и обратными связями средств обработки передачи и хранения данных а также субъектов управления составляет информационную систему экономического объекта. Они предназначены для обработки данных и моделей...
39014. Автоматизированные информационные системы 97.5 KB
  В настоящее время проблема выбора информационной системы ИС из специфической задачи превращается в стандартную процедуру. На российских предприятиях зачастую используют системы первого или второго поколения. Процедура принятия решения о выборе наиболее эффективной компьютерной системы управления нова для большинства отечественных руководителей а ее последствия во многом будут оказывать значительное влияние на предприятие в течение нескольких лет.
39015. Физические системы 34 KB
  Энергию всегда можно представить в виде произведения двух сомножителей один из которых описывает интенсивность расхода или накапливания энергии а второй характеризует количественные результаты этого процесса. Активными элементами служат источники энергии. Пассивные элементы системы служат либо для накопления либо для поглощения энергии. Накопители энергии могут накапливать либо потенциальную либо кинетическую энергию.
39016. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ 64.5 KB
  Речь идет о том что создаваемая модель должна отражать в первую очередь те свойства реальной системы или явления которые влияют на выбранный показатель эффективности. В ряде случаев моделируемая система имеет в своем составе некоторые относительно изолированные подсистемы характеризующиеся определенным параметром в том числе векторным. Такие подсистемы можно заменять в модели соответствующими числовыми величинами а не описывать процесс их функционирования. При имитационном моделировании используемая математическая модель...
39017. Модели методов разработки программного обеспечения информационных систем 158.5 KB
  По определению одного из создателей языка UML Unified Modelling Lnguge Гради Буча: Объектноориентированное программирование ООП это методология программирования основанная на представлении программы в виде совокупности объектов каждый из которых является экземпляром определенного класса а классы образуют иерархию наследования. Леоненкова Самоучитель UML . Методы ООП и ООАП базируются на стандартном языке визуального моделирования UML. Применение методов ООП ООАП и...
39018. Системы регистрации учебных курсов 56 KB
  Системы регистрации учебных курсов Разделы Лекции 3: 3.1 Два вида систем регистрации курсов Лекция 5 будет посвящена применению языка UML к проектированию американской автоматизированной системы АИС регистрации платных учебных курсов университета Истерн Estern Stte University ESU. В этой связи сопоставим автоматизированную систему Истерн с действующей в МИРЭА неавтоматизированной системой регистрации учебных курсов. В любом Вузе в том числе в МИРЭА существует постоянно...
39019. Теория графов и графовые сети 98.5 KB
  Кстати наш вебкурс также представляет собой сложную систему.1 Вебсистемы После построения Интернет и создания на его базе Всемирной паутины World Wide Web WWW в компьютерном мире появились вебинформационные системы или кратко вебсистемы. Под вебсистемой мы будем понимать компьютерную систему работающую на основе Интернет Веб. Можно привести многочисленные примеры конкретных вебсистем.
39020. Веб-системы 69 KB
  Образующие Разделы Лекции 7: 7.1 Образующие Образующие это непроизводные атомарные элементы теории паттернов из которых составляются паттерновые сети. Образующие имеют неотделимые от них связи. В дискретной теории паттернов рассматриваются образующие обладающие конечными числами связей.