42515

Проверка закона ома для последовательной цепи переменного тока

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: изучить закон Ома для последовательной цепи переменного тока с омическим, ёмкостным и индуктивным сопротивлениями для уяснения сдвига фаз между током напряжением; экспериментально проверить закон Ома; научиться строить векторные диаграммы и применять их для характеристики переменного тока. Оборудование: регулятор напряжения, реостат, катушка индуктивности, батарея конденсаторов, миллиамперметр, четыре вольтметра.

Русский

2013-10-30

143.5 KB

6 чел.

Лабораторная работа № 17

проверка закона ома для последовательной цепи переменного тока

Цель работы: изучить закон Ома для последовательной цепи переменного тока с омическим, ёмкостным и индуктивным сопротивлениями для уяснения сдвига фаз между током напряжением; экспериментально проверить закон Ома; научиться строить векторные диаграммы и применять их для характеристики переменного тока.

Оборудование: регулятор напряжения, реостат, катушка индуктивности, батарея конденсаторов, миллиамперметр, четыре вольтметра.

17.1. Краткие теоретические сведения

Если к концам проводника с омическим сопротивлением приложена ЭДС, значение которой в каждый момент времени определяется уравнением , где  − амплитуда;  − круговая частота, то в нём возникает переменный электрический ток, сила которого в данный момент времени определяется по закону Ома:

                    (17.1)

В этом случае ток и напряжение совпадают по фазе.

Если в цепи есть ещё и катушка индуктивности, характеризуемая индуктивностью L и сопротивлением XL, то под действием той же ЭДС возникает ток:

                            (17.2)

где амплитудная сила тока

                             (17.3)

− индуктивное сопротивление

                                         (17.4)

− круговая частота, ; − линейная частота.

В этом случае ток отстаёт по фазе от напряжения на угол :

                             (17.5)

Если вместо катушки в цепь ввести конденсатор ёмкостью С, то под действием той же ЭДС в цепи возникает ток

                            (17.6)

При этом амплитудная сила тока

                             (17.7)

где  − ёмкостное сопротивление

                                     (17.8)

В этом случае ток опережает напряжение на :

                               (17.9)

Если цепь состоит из последовательно включенных нагрузок: активной, ёмкостной и индуктивной, то в цепи под действием той же ЭДС возникает ток

                            (17.10)

где  или

                 (17.11)

где полное сопротивление

                (17.12)

Формула (17.11) выражает закон Ома для последовательной цепи переменного тока. При этом угол сдвига фаз между током и напряжением

                      (17.13)

В приведенных формулах I0 и 0 − максимальные (амплитудные) токи и напряжения. Приборы показывают эффективные значения, которые в  раз меньше максимальных, т.е.

, , .

Преобразуем формулу следующим образом:

или

                            (17.14)

17.2. Порядок выполнения работы

  1.  

Собрать цепь по схеме (рис. 17.1).

  1.  Провести измерения при трёх различных напряжениях.
  2.  Результаты измерений и вычислений занести в табл. 17.1.
  3.  Вычислить угол сдвига фаз между током и напряжением.
  4.  Сравнить угол сдвига фаз, полученный из (17.13), и векторной диаграммой.
  5.  Провести расчёты с помощью программы, данной в приложении.

Таблица 17.1.

п/п

Uобщ

I

Zэкс,

Ом

Uа

UC

UL

Zср,

Ом

Zтеор,

Ом

Z,

Ом

дел

В

дел

А

дел

В

дел

В

дел

В

Контрольные вопросы и задания

  1.  Перечислить все параметры переменного тока.
  2.  Сформулировать определения параметров переменного тока.
  3.  Рассмотреть цепь с омическим сопротивлением.
  4.  Рассмотреть цепь с индуктивным сопротивлением. Обосновать сдвиг фаз.
  5.  Рассмотреть цепь с ёмкостным сопротивлением. Обосновать сдвиг фаз.
  6.  Продемонстрировать умение пользоваться методом векторных диаграмм для характеристики цепи переменного тока.
  7.  Нарисовать график зависимости тока и напряжения от времени для различных нагрузок (индуктивной, активной, ёмкостной).
  8.  Расшифровать условные обозначения на приборах, представленных на рис. 17.2.
  9.  По показаниям приборов на рис. 17.2 проверить справедливость формулы (17.11).

Приложение

Программа для обработки данных лабораторной работы № 17

10 CLS : PRINT "ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА"

20 PRINT "____________________________________________________"

30 PRINT : PRINT "Выберите вариант задания:"

40 PRINT : PRINT "1. Заданы параметры участков цепи (R,L,C) и общее напряжение (U)."

50 PRINT "   Найти силу тока (I) и напряжения на участках (UR,UL,UC)."

60 PRINT : PRINT "2. Заданы параметры участков цепи (R,L,C) и сила тока (I)."

70 PRINT "   Найти общее напряжение (U) и напряжения на участках (UR,UL,UC). "

80 PRINT : INPUT "Выбираю вариант:"; RV

90 CLS : PRINT "Введите данные условия задачи:"

100 IF RV = 2 THEN 120

110 INPUT "U = "; U

120 IF RV = 1 THEN 140

130 INPUT "I = "; I

140 INPUT "R= "; R: INPUT "L = "; L: INPUT "C = "; C

150 PRINT "Введите частоту тока в цепи": PI = 4 * ATN(1)

160 INPUT "V = "; V: W = 2 * PI * V: Z = SQR(R ^ 2 + (W * L - 1 / C / W) ^ 2)

170 IF RV = 1 THEN GOSUB 600

180 IF RV = 2 THEN GOSUB 500

190 XL = L * W: XK = 1 / (W * C): UR = R * I: UL = L * W * I: UC = I / W / C: TY = (L * W - 1 / C / W) / R

195 CY = R / Z: P = U * I * CY: Y = ATN(TY) * 180 / PI

200 PRINT "=================": PRINT "XL ="; XL: PRINT "XC ="; XK: PRINT "Z ="; Z: PRINT "UR = "; UR: PRINT "UL ="; UL: PRINT "UC ="; UC

210 PRINT "U ="; U: PRINT "I ="; I: PRINT "tan Y = "; TY

220 PRINT "cos Y = "; CY; ". Y ="; Y; " град.": PRINT "P = "; P

230 LOCATE 21, 1: PRINT "Для построения векторной диаграммы нажмите пробел."

240 IF INKEY$ <> " " THEN 240

250 C4 = 1: A = 4

260 CLS : SCREEN 9: C2 = 2.4: C1 = C2 * 260 / (UL + UC): C3 = 1.54 * C1 / C2 * 108 / 90

270 XC = C1 * UC: X1 = C1 * UC * C4: X2 = C1 * UL * C4

290 LINE (XC, 3)-((XC - X1), 3), 15

300 LINE (XC, 3)-((XC + X2), 3), 15

310 LINE (XC, 2)-((XC + 1 - X1), 2), 15

320 LINE (XC, 2)-((XC - 1 + X2), 2), 15

330 LINE (XC, 4)-((XC + 1 - X1), 4), 15

340 LINE (XC, 4)-((XC - 1 + X2), 4), 15

350 PSET (XC - X1 + 2, 1), 15: PSET (XC - X1 + 2, 5), 15: PSET (XC + X2 - 2, 1), 15: PSET (XC + X2 - 2, 5), 15

360 LINE (XC, 3)-(XC, 255), 15

370 LINE (XC - 1, 3)-(XC - 1, C4 * C3 * UR - 1), 15

380 LINE (XC + 1, 3)-(XC + 1, C4 * C3 * UR - 1), 15

390 PSET (XC - 2, C4 * C3 * UR - 2), 15: PSET (XC + 2, C4 * C3 * UR - 2), 15

400 LINE (XC, C4 * C3 * UR)-(XC + C4 * C1 * (UL - UC), C4 * C3 * UR), 15

410 LINE (XC, 3)-(XC + C4 * C1 * (UL - UC), C4 * C3 * UR), 15

415 LINE (XC + C4 * C1 * (UL - UC), 3)-(XC + C4 * C1 * (UL - UC), C4 * C3 * UR), 15

420 IF XC - X1 < 10 THEN A = -3

425 IF X1 < 10 THEN 440

430 LOCATE 2, 1: PRINT "UC"

435 IF X2 < 10 THEN 450

440 LOCATE 2, 79: PRINT "UL"

450 LOCATE 19, XC / 8.5 - A: PRINT "I,UR"

455 LOCATE 21, 1: PRINT "XL ="; XL; ". XC ="; XK; ". Z ="; Z; "."

460 LOCATE 22, 1: PRINT "U = "; U; ". I = "; I; ". UR ="; UR; ". UC = "; UC; ". UL = "; UL

465 PRINT "tan Y = "; TY; ". cos Y = "; CY; ". Y = "; Y; ". P = "; P

470 IF INKEY$ <> " " THEN 470

475 PRINT "Нужно изменить масштаб? (Y/N)": LOCATE 23, 30: INPUT A$

480 IF A$ = "N" OR A$ = "n" THEN END

490 INPUT "Введите поправочный коэффициент в масштаб:"; C4: GOTO 260

495 END

500 U = I * Z: RETURN

600 I = U / Z: RETURN

124


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82524. Дидактические игры и упражнения, направленные на развитие мышления у детей с умственной отсталостью дошкольного возраста 100.5 KB
  Педагог просит ребенка отнести на один стул такие указательный жест а на другой – такие. Педагог дает одному из детей коробку с круглой прорезью а другому с квадратной и ставит условие: отобрать сразу все что можно протолкнуть в данную коробку. Если он выбирает правильно например шары но берет не все а только один или два шара педагог напоминает ему что нужно взять все такие указывает на шары. После того как дети отберут и бросят в прорези коробок нужные формы педагог подводит итог: Правильно Таня собрала все шары и...
82525. Игры для развития мышления и воображения у детей дошкольного возраста с нарушением слуха 88.5 KB
  Педагог просит: Достань тележку. Если ребенок вытянул тесьму то педагог вставляет ее снова обязательно за экраном. Если все же ребенок не сумел сделать сам педагог медленно показывает. Педагог предлагает детям выложить из своих фишек узоры по картинке.
82526. Развитие мышления на уроках русского языка 96.5 KB
  Ход проведения: детям были даны карточки с нижеприведёнными упражнениями. Ход проведения: на уроке идёт беседа об известных модельерах анализируются модели одежды созданные ими. Ход проведения: детям говорится что им сейчас будут зачитываться слова и они должны в уме переставить буквы наоборот и тут же записать в тетрадь получившийся результат. Ход проведения: на доске зарисовывается схема.
82527. Развитие памяти и мышления у детей с ОВЗ на занятиях по дополнительной образовательной программе «Я все умею делать сам, что не умею, научусь!» 38 KB
  Ведущий: Дети сейчас я прочитаю вам стихотворение Корнея Чуковского Путаница. Ведущий перед игрой проводит короткую беседу уточняя понимание детьми слов профессия действия. Ведущий. Ведущий.
82531. Память. Виды памяти 72.5 KB
  Виды памяти Память – психический познавательный процесс направленный на запечатление сохранение воспроизведение и забывание той или иной информации. В структуре памяти можно выделить четыре относительно самостоятельных процесса: запоминание воспроизведение сохранение и забывание усвоенной ранее информации. Запоминание процесс памяти обеспечивающий удержание материала путём связывания новой информации с прошлым опытом. Запоминание Механическое зубрёжка Осмысленное логическое...
82532. Особенности памяти у детей с задержкой психического развития (ЗПР) 25.5 KB
  У детей с психофизическим инфантилизмом наблюдаются: уменьшение объема и скорости запоминания; неумение рационально организовать и контролировать свою работу; преобладание зрительной памяти над слуховой; У детей с ЗПР соматогенного генеза отмечается недоразвитие кратковременной памяти проявляющееся в снижении скорости запоминания в медленном нарастании продуктивности запоминания снижении объема памяти. У детей с ЗПР церебральноорганического генеза наблюдаются разнообразные нарушения памяти: повышенная тормозимость следов под...