42171

ИССЛЕДОВВАНИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО И ЕМОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ

Лабораторная работа

Физика

Экспериментальное исследование характера изменения тока мощности и падений напряжений на участках последовательной цепи состоящей из активного и емкостного сопротивлений а также построение круговой диаграммы. При прохождении синусоидального тока по цепи изображенной на рис.1а следует иметь ввиду что ток в любом сечении цепи один и тот же а общее напряжение согласно второму закону Кирхгофа равно геометрической сумме...

Русский

2013-10-27

247 KB

17 чел.

PAGE  8

 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.  ИССЛЕДОВВАНИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО И ЕМОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ

Цель работы: Экспериментальное исследование характера изменения тока, мощности и падений напряжений на участках последовательной цепи, состоящей из активного и емкостного сопротивлений, а также построение круговой диаграммы.

Общие теоретические сведения

На обкладках конденсатора, включенного в цепь переменного тока, периодически изменяются заряды. Перемещение этих зарядов представляет собой электрический ток, протекающий через конденсатор. Этот ток опережает напряжение на конденсаторе на угол 900.

Действующее значение тока через конденсатор связано с действующим значением напряжения на нем формулой

 (2.1)

Величина  называется емкостным сопротивлением. При прохождении синусоидального тока по цепи, изображенной на рис. 2.1,а следует иметь ввиду, что ток в любом сечении цепи один и тот же, а общее напряжение, согласно второму закону Кирхгофа, равно геометрической сумме падений напряжений на активном и емкостном сопротивлениях:

 (2.2)

Действующее значение напряжения определяется:

 (2.3)

Отсюда:

     (2.4)

Выражение    называется полным сопротивлением цепи. В такой цепи ток опережает по фазе напряжение на угол

     (2.5)

Активная мощность в цепи рис. 6-1,а определяется:

 (2.6)

Изменение активного и емкостного сопротивлений по разному влияет на изменение активной мощности цепи. При увеличении  R  от нуля до бесконечности, активная мощность растет, достигает максимума и далее уменьшается. Чтобы найти значение  R, при котором активная мощность максимальная, надо приравнять к нулю первую производную активной мощности по активному сопротивлению, т. е. положить   или

.     (2.7)

Из этого условия получим R = XC . При этом соотношении мощность в цепи максимальная. С увеличением  XC  от нуля до бесконечности активная мощность цепи монотонно уменьшается, стремясь к нулю.

При изменении  R  и неизменном  С  (или при изменении  С  и  неизменном  R) геометрическим местом концов вектора тока I является полуокружность (рис.2.1,б). Геометрическим местом концов векторов    и    также является полуокружность.

Для построения круговой диаграммы для случая С = const,  R = var (рис. 2.1,б) задаемся масштабами по напряжению, току и сопротивлению:  mU ; ml ; mZ .

Рис.2.1. Электрическая цепь с последовательным включением элементов RC (а) и ее круговая диаграмма при XC =const и  R=var (б).   

От точки 0, принятой за нуль, по оси абсцуисс откладываем в принятом масштабе вектор напряжения    (отрезок ОЕ). Находим значение тока  при коротком замыкании на зажимах изменяющегося сопротивления, т.е. при  R = 0

 (2.8)

Ток    опережает напряжение    на 900. Из точки 0 откладываем в сторону опережения на 900 вектор   (отрезок ОК = IК /ml ). Отрезок ОК является хордой круговой диаграммы. В масштабе  mZ  откладываем по направлению вектора    отрезок ОА = XC /mZ ; и из точки А под углом - 900 к вектору    проводим линию изменяющегося параметра АN`. Линия изменяющегося параметра, т.е. линия активного сопротивления  R  перпендикулярна хорде. Поэтому хорда ОК является и диаметром круговой диаграммы. Разделив отрезок ОК пополам, находим центр полуокружности С1 и проводим дугу полуокружности в сторону линии изменяющегося параметра. Разделив отрезок ОЕ пополам, находим центр СU окружности, по которой перемещаются векторы напряжений    и  . Чтобы определить электрические величины при заданном значении  R, надо отложить на прямой  AN` отрезок AN = R/mZ  и точку  N  соединить с точкой О.

Тогда электрические величины определяются:

 I = mlOM;                  P = mрOF;

 UR = mUOD;              Q = mQMF;

UC = mUDE;               S = mSOM;

                  mр = mQ = mS = mlU.

На рис.2.2 показана круговая диаграмма электрической цепи с последовательным включением элементов RC  при R =const и  C=var.   

Центр полуокружности, по которой скользит вектор тока, можно найти, если  разделить вектор тока для какого-либо известного режима пополам и провести через эту точку перпендикуляр до пересечения с прямой, проведенной в направлении тока, когда величина изменяющегося параметра равна нулю.

Рис.2.2. Электрическая цепь с последовательным включением элементов RC (а) и ее круговая диаграмма при R =const и  XC=var (б).   

Порядок выполнения работы

1. Исследовать схему, содержащую последовательно включенные элементы R и C. Параметры схемы устанавливает компьютер по шифру студента (по двум последним цифрам). Напряжение на входе схемы автоматически поддерживается  во время опыта постоянным.

2. Исследовать работу схемы при изменении активного сопротивления цепи от  R = 0  до  R = max; меняя ток через  0,1 А. Для этих измерений следует выбрать лабораторную работу ”2.1. Последовательное соединение RC (C=const, R=var)” (рис.2.3). Данные записать в таблицу 2.1. Наблюдать по осциллограмме как изменяются мгновенные значения тока в цепи и мощности.

Таблица 2.1

п/п

           Измерено

                               Вычислено

U

I

UR

UC

P

R

XC

Z

C

cos

Q

S

В

А

В

В

Вт

Ом

Ом

Ом

мкФ

-

вар

ВА

Формулы для расчетов:

;          ;          ;          ;

;          ;          .     .

3. Исследовать работу схемы при постоянном значении активного сопротивления R, изменяя величину емкости конденсатора от максимального значения до нуля. Для этих измерений следует выбрать лабораторную работу ”2.2. Последовательное соединение RC (R=const, C=var)” (рис.2.4). Данные записать в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

п/п

           Измерено

                               Вычислено

U

I

UR

UC

P

R

XC

Z

C

cos

Q

S

В

А

В

В

Вт

Ом

Ом

Ом

мкФ

-

вар

ВА

 

Рис.2.3. Вид активного окна  лабораторной работы №2.1.  Принципиальная схема, волновые и векторные диаграммы цепи RC при C =const и  R=var (б).   

4. Для одного из пунктов по указанию преподавателя построить векторные диаграммы напряжений и токов.

5. Построить в одних осях координат по данным п. 2 (табл.2.1) зависимости: I; UR ; UC ;  P ;  cos ;  Z = f (R)  и в других осях координат по данным п. 3 (табл.2.2) зависимости:  I; UR ; UC ; P ;  cos ;  Z = f (XC ).

6. Построить круговую диаграмму токов и напряжений по данным опыта п. 2 или п.3 по указанию преподавателя. Рассчитать по круговой диаграмме  UR ; UC ; P ; Q ; S  и сравнить их с величинами, полученными в таблице 2.1, для замера, указанного преподавателем.

Рис.2.4. Вид активного окна  лабораторной работы №2.2.  Принципиальная схема, волновые и векторные диаграммы цепи RC при R =const и  C=var (б).   

7. Сделать выводы по проделанной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАБОТЕ  № 2

1. Написать выражение закона Ома для последовательного соединения  R  и  С.

2. Построить векторную диаграмму для последовательного соединения R  и  С.  Почему  U  меньше арифметической суммы  UR  и  UС ?

3. Записать выражение общего сопротивления для последовательного соединения  R  и  С. Почему уменьшается  cos  при увеличении емкостного сопротивления ?

4. Как изменяется ток этой цепи при:

а) изменении  С  от  0  до   и R=const?

б) изменении  R  от  0  до   и C=const ?

Записать выражение для наибольшего и наименьшего значения тока в случаях “а” и “б”. Почему уменьшается  UR  при уменьшении  С.

5. Сформулировать правила построения круговых диаграмм напряжения и тока.

6. Как по круговой диаграмме определить для данного значения сопротивления R - ток, напряжения UR и UC , активную, реактивную и полную мощности.

7. Как изменяются активная и реактивная мощности при изменении R от 0 до ?

8. Как изменяются:  общее сопротивление цепи  Z  и активная и реактивная составляющие тока при изменении  R от 0 до   ?.

9. Как по кривой мгновенного значения мощности определить активную, реактивную и полную мощности?

10. В цепи, изображенной на рис.2.5 известны показания приборов:   U=100 В, UС =60 В.  Чему равно  показание вольтметра на активном сопротивлении UR?  

Рис.2.5. Неразветвленная электрическая цепь, содержащая активное сопротивление R и конденсатор C.

11. В цепи, изображенной на рис.2.5 известны: R= 20 Ом,  XС=20 Ом, U=200В.   Чему равно действующее значение тока в цепи?

12. В цепи, изображенной на рис.2.5 известны : R= 10 Ом,  С=100 мкФ, U=100 В, угловая частота =1000 1/с.   Чему равно действующее значение тока в цепи?

13. В цепи, изображенной на рис.2.6 известны: R= 16 Ом,  ХС=12 ОМ, U=100В.    Определить показания ваттметра Р.

Рис.2.6. Измерение активной мощности с помощью ваттметра.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29984. Внимание. Общая характеристика 61.5 KB
  Виды внимания. Добрынин О теории и воспитании внимания Свойства внимания. Концентрированность внимания выделение сознанием объекта и направление на него внимания. Объем внимания можно увеличить если осмысленно связать и структурировать материал.
29985. Основные подходы к изучению памяти в зарубежной психологии 67 KB
  Основные подходы к изучению памяти в зарубежной психологии. Ассоциативная теория памяти: Ассоциация осн. Этот метод предоставляет возможности для изучения ассоциативных механизмов памяти. Метод разработан для изучения динамики изменения памяти и особенно забывания во времени.
29986. Основные факты и закономерности памяти 54.5 KB
  Основные факты и закономерности памяти Память запечатление сохранение последующее узнавание и воспроизведение следов прошлого опыта. Классические методы и основные результаты исследования памяти Первые экспериментальные методы изучения мнемических процессов были предложены Эббингаузом 19 век. Этот метод предоставляет возможности для изучения ассоциативных механизмов памяти. Метод разработан для изучения динамики изменения памяти и особенно забывания во времени.
29987. Память и деятельность 43.5 KB
  Подавляющее большинство наших систематических знаний возникает в результате специальной деятельности цель которой запомнить соответствующий материал чтобы сохранить в памяти. Исследование мнемической деятельности одна из ЦЕНТРАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ В ПСИХОЛОГИИ. Произвольное запоминание основа мнемической деятельности. Переход от одной сферы деятельности в которую включено намерение к другой может привести за собой забывание этого намерения.
29988. РЕШЕНИЕ ТРАНСЦЕНДЕНТНЫХ УРАВНЕНИЙ 5.23 MB
  Эти значения x называются корнями уравнения 3. ak например для уравнения вида ax2 bx c = 0 его корни выражаются формулой: . В большинстве же случаев аналитическую запись корней уравнения найти очень сложно или в принципе невозможно такие уравнения называются трансцендентными и поэтому приходится решать уравнение численным способом. Отделение корней На данном этапе определяются те интервалы области изменения переменной x в каждом из которых расположен один и только один корень уравнения 3.
29989. Таинственное похищение Первого звонка. Сценарий праздника 1 сентября 179.11 KB
  Сценарий праздника 1 сентября Действующие лица Первый звонок Витя Петя Четверка Пятерка Двойка Единица Клякса Маша Флеш моб танец Первый ведущий. На сцену выходит Первый звонок. Первый звонок. Здравствуйте ребята вы меня я надеюсь узнали Да я ваш добрый знакомый Первый Школьный Звонок.
29990. СЦЕНАРІЙ СВЯТА ПЕРШОГО ДЗВОНИКА 130.46 KB
  Зріє жито молодеДружно з квітами до школиЗнову молодість іде Ведучий 2:Вересень немов учительДвері школи відчинивШколярів дзвінком врочистимДо навчання запросив Ведучий 1: Здрастуй школо здрастуй ріднаЗдрастуй любий класВ першовересень привітноТи стрічаєш нас Ведучий 2: Пахнуть фарбою класи просторіОй як хочеться вже до книжокМи від степу і синього моряВсі злетілись на перший урок Ведучий 1: Я не знаю хвилини врочистішеЩасливіших не бачив очей.Подивіться як урочистоМалюки зустрічають цей день Ведучий 1: На лінійку запрошуються...
29991. Свято Першого дзвоника 2013-2014 н.р. 81 KB
  Лунає музикафанфари 1 й ведучийШановні друзі всі присутні Батьки сьогоднішні й майбутні Дорогі діти вчителі З найкращим святом на землі. Ведучий Тепла осінь як весна Далечінь така ясна. Зріє жито молоде Дружно з квітами до школи Знову молодість іде Ведуча Вересень немов учитель Двері школи відчинив Школярів дзвінком врочистим До навчання запросив Ведучий Здрастуй школо здрастуй рідна Здрастуй любий клас В першовересень привітно Ти стрічаєш нас 2й ведучий.1 й ведучийЦей день є визначним і радісним святом для кожного з...
29992. Свято Першого дзвоника – посвята першокурсників 66.5 KB
  У них мрії й недоспані ночі І тривога про завтрашній день Ведучий Знову двері до мудрості храму Де незгасне довічна хмарина Відчиня золотими ключами Рідна ненькомоя Україна. Пісня про Україну Ведучий Шановне товариство дорогі наші викладачі батьки та гості Щиро вітаємо всіх вас із . Ведучий Зустрічаймо їх теплими посмішками і радісними оплесками. ♬ Вихід першокурсників Ведуча Групу 1ф91керівник групи Олена Григорівна Лобур Ведучий Група 1 ф92 керівник групи _______________________Шатуніна Ведуча Групу 1ф93керівник групи...