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

62226. Произведения русских писателей 18 века. Русская басня 21.03 KB
  Цель: продолжить знакомство с жанром басни; познакомиться с творчеством И. Задача: показать особенности басни как вида литературного произведения. Крылова в жанре басни. С жанром басни вы познакомились в начальной школе.
62227. Антонимы 19.31 KB
  Цели урока: Ознакомление учащихся с понятием антонимы формирование умения находить и подбирать антонимы. Что же такое антонимы попробуйте сами сформулировать правило. А как вы думаете для чего в речи нужны антонимы Чтобы ответить на этот вопрос предлагаю...
62228. Изготовление поздравительной открытки 335.21 KB
  Цель: Познакомить с изготовлением поздравительной открытки к празднику Дня матери; Закрепить знания о видах и свойствах бумаги; Развивать умения проводить анализ образца составлять план работы и отчет о ней с помощью учителя. Как нужно правильно держать ножницы во время работы...
62229. Познавательное внеклассное мероприятие «Знатоки кроссвордов» 34.85 KB
  План мероприятия: Подготовительный этап оформление помещения в котором будет проходить мероприятие необходимо расставить парты в два круга подготовка реквизита к конкурсам два одинаковых кроссворда для первого конкурса; бумага ручки карандаши линейки для проведения второго конкурса подготовка поощрительных призов Начальный этап вводная часть Проведение конкурсов...
62230. Развитие творческой личности на уроке музыки 55.8 KB
  Понятие о развитии личности Об искусстве вести урок Творчество учителя и ученика из опыта работы Слушание музыки Музыка дети учитель Пение как состояние души Импровизация Пластическое интонирование Инструментальное музицирование Урок музыки источник...