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

20074. Схемы включения емкостных преобразователей. Резонансная схема 74.5 KB
  Резонансная схема. REM: Рассмотрим схемы преобразующие изменения с в напряжение: Резонансная схема Используется для включения недифференциальн. Чувствительность схема довольно высока. Схема чувствительна к температурным погрешностям имеет несимметричность ст.
20075. Мостовая схема включения емкостных преобразователей 61 KB
  Экранирование. Для устранения влияния внешних электромагнитных полей применено экранирование.
20076. Прямоугольно-координатный компенсатор переменного тока. Условие компенсации 43 KB
  Uax = Uak Upx = Upk Вследствие этого компенсаторы потенциометры переменного тока должны иметь схему более сложную чем компенсаторы постоянного тока. Различают два вида потенциометров переменного тока: Полярнокоординатные в которых отдельно регулируется модель компенсирующего напряжения и отдельно его фаза обычно с помощью фазорегулятора того или иного вида. Цепь имеет два контура: Первый контур тока IР содержит измерительный резистор Ra первичную обмотку катушки взаимоиндуктивности М и амперметр А.
20077. Устройства выборки зазора в винтовых механизмах 8.53 MB
  Устройства выборки зазора в винтовых механизмах. 1корпус 2винт 3двусторонняя цанга 4регулировочная цанга 5стопорный винт При повышенной сложности устройство может применяться как в силовых так и кинематических передачах и работоспособна при высоких скоростях вращения. Выборка осевого зазора между винтом и базой. винт Корпус Упорный подшипник Упорный подшипник служит для снижения потерь при значительных осевых нагрузках на винт.
20078. ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ. БОКОВОЙ ЗАЗОР. МЕРТВЫЙ ХОД. УСТРОЙСТВА ВЫБОРКИ МЕРТВОГО ХОДА 82 KB
  в которых движение передается и преобразуется за счет зацепления зубьев колес. По расположению и форме зубьев прямозубые косозубые и шевронные По назначению силовые кинематические и скоростные . По профилю зубьев в приборостроении нашли применение эвольвентное и часовое зацепление упрощенный профиль. уменьшать число зубьев трибки до z = 6 сохраняя плавность но при этом передаточное отношение перестает быть строго постоянным.
20079. Выявление первичных погрешностей. Методика акад. Н.Г. Бруевича 101.5 KB
  Бруевича Под первичной погрешностью понимают любое отклонение параметров цепи от расчетных приводящих к искажению градуировочных характеристик. Первичная погрешность механизма это отклонение в расстоянии м у кинематическими отклонениями звена это отклонение размеров их формы и расположения. Все первичные погрешности разделяют на 2 категории: скалярные перв.
20080. Выявление первичных погрешностей. Методика проф. Н.А.Калашникова 44.5 KB
  Первичные погрешности делятся на : скалярные направление их действия заранее известно а значение их или модуль заранее предсказать нельзя но оно может быть принято в пределах поля допуска . значение их или модуль любое в пределах поля допуска и направление любое в пределах зоны действия. Они характеризуются неопределенным непредсказуемым направлением действия. Для нахождения значения и характера изменения действующей погрешности необходимо учитывать что воздействие между профилями поверхностей элементов кинематических пар происходит...
20081. Конструирование при циклическом нагружении. Факторы, повышающие и снижающие предел выносливости 101.5 KB
  Уменьшение концентрации напряжений. Если устранить концентраторы напряжений полностью невозможно то следует заменять сильные концентраторы умеренно действующими. Концентраторы следует удалять из наиболее напряженных участков детали и переносить если это допускает конструкция в зоны наименьших напряжений. С целью уменьшения номинальных напряжений целесообразно увеличивать сечения детали на участках расположения концентраторов.
20082. Условия обеспечения качественной и производительной сборки. Исключение неправильной сборки 92 KB
  Исключение неправильной сборки. Для обеспечение правильной и быстрой сборки и разборки конструкций при проектировании нужно учитывать следующие условия: использовать где это возможно взаимозаменяемые детали и узлы; исключать подгоночные работы и и работы по обеспечению взаимного расположения деталей непосредственно при сборке; предусматривать удобный подход инструмента и оснастки используемой при сборке; использовать в конструкциях агрегатный способ сборки т. Так же увеличивается скорость сборки так как сборку узлов и агрегатов можно...