Порядок выполнения работы. 1. Подготовка экспериментальной установки к работе

1. Подготовка экспериментальной установки к работе

1.1.Познакомиться с назначением органов управления генератора сигналов ГСФ-1, используя приложение 2.

1.2.Подготовить генератор сигналов ГСФ-1 к работе. Для этого установит ручку регулировки скважности прямоугольных импульсов T+/T и ручку регулировки уровня выходного сигнала в среднее положение.

1.3.Нажать кнопку S5 (остальные кнопки отжаты).

1.4.Установить частоту сигналов около 100 Гц.

1.5.Познакомиться с электрической принципиальной схемой набора объектов на плате, используя приложение 1.

1.6.Подключить гнездо «1» генератора сигналов к гнезду «20 мГн» магазина индуктивностей.

1.7.Вывод «0» магазина индуктивностей соединить с общим гнездом магазина сопротивлений.

1.8.Подключить гнездо «2» генератора сигналов к сопротивлению =30 Ом магазина сопротивлений.

1.9.Познакомиться с назначением органов управления осциллографа, используя техническое описание.

1.10.Подключить вход « » осциллографа к сопротивлению = 30 Ом магазина сопротивлений.

2. Определение постоянной времени цепи

2.1.Включить осциллограф и генератор сигналов. Дать прогреться приборам около 5 мин.

2.2.Используя ручки регулировки генератора сигналов и органа управления осциллографа, добиться устойчивого изображения сигнала на экране осциллографа.

2.3.По экрану осциллографа произвести измерения зависимости для переднего и заднего фронта импульса (по 10 точек для каждого фронта импульса).

2.4.Построить графики функций .

2.5.Построить графики функций и определить из них постоянную времени цепи .

2.6.Сравнить полученные значения постоянной времени с расчитанными по формуле .

4. Контрольные вопросы

1.В чем заключается явление самоиндукции?

2.Что такое индуктивность?

3.Записать выражение для самоиндукции.

4.Записать выражение для изменения тока при замыкании цепи, содержащей индуктивность.

5.Записать выражение для изменения тока при размыкании цепи, содержащей индуктивность.

6.Что такое постоянная времени цепи?

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 7

ИЗУЧЕНИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: Измерение индуктивного и емкостного сопротивлений; проверка закона Ома для цепи переменного тока.

Приборы и оборудование: лабораторный стенд, имеющий плату объектов; генератор ГСЭ-1; вольтметр РВ7-22А; вольтметр РВ-40/1.

Введение

Если к концам проводника с активным сопротивлением приложено напряжение, величина которого в каждый момент времени определяется уравнением:

, (1)

где – амплитуда, а – круговая частота, то в нем возникает электрический ток, сила которого определяется по закону Ома:

, где . (2)

Из уравнений напряжения и тока видно, что начальные фазы обеих кривых одинако­вы, то есть напряжение и ток в цепи с сопротивлением R со­впадают по фазе. Это показано на графиках и векторной диа­грамме (рис. 1).

Если же помимо сопротивления в цепи имеется индуктивность, характеризуемая коэффициентом индуктивности , то под действием того же напряжения возникает ток силой:

, (3)

где ,

а сдвиг фаз между током и напряжением, определяется из формулы:

. (4)

Из сопоставления уравнений (1) и (3) следует, что в этом случае ток отстаёт по фазе от напряжения (рис. 2).

Величина носит название сопротивления, так как она играет в формуле (4) ту же роль, что и обыкновенное сопротивление в формуле закона Ома. Величина же =X_L называется индуктивным сопротивлением.

Если вместо индуктивности в цепь переменного тока включена емкость C, то сила тока выражается формулой:

, (5)

где , (6)

а .

В этом случае сила тока опережает по фазе напряжение (рис. 3).

Сопротивление цепи теперь запишется так:

, причем величина =X_C называется емкостным сопротивлением.

Наконец в случае, когда в цепь включены последовательно все три величины , , сила тока в цепи может быть записана выражением:

,

где , , (7)

а .

Полным сопротивлением (его называют импеданс) при этом является:

. (8)

Выражение (7) носит название формулы закона Ома для цепи переменного тока.

Цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью представляет собой общий случай последо­вательного соединения активных и реактивных сопро­тивлений и является последовательным колебательным контуром (рис. 4).

Вектор результирующего напряжения U замыкает треугольник векторов U, U и U (рис. 4). U+Uс определяет напряжение на индуктивности и емкости. Как видно из диаграммы, это напряжение может быть меньше напряжения на каждом из участков в отдельности. Это объясняется процессами обмена энергией между индуктивностью и емкостью.

Энергетические процессы в данном случае сложнее, чем в ранее рассмотренных про­стых цепях. Усложнение объ­ясняется тем, что наряду с об­меном энергией между генератором и приемником совершается обмен энергией внутри приемника, между катушкой и конденсатором (рис. 5).

Во всех приведенных формулах под следует подразумевать сумму всех активных сопротивлений цепи (в том числе и катушки индуктивности).

2. Постановка задачи

В данной работе изучают цепь переменного тока. Измеряют активное, индуктивное и емкостное сопротивления цепи, определяют сдвиг фаз между током и напряжением, проверяют закон Ома для цепи переменного тока. Для этого в цепь переменного тока включают последовательно сопротивление , конденсатор , катушку индуктивности и амперметр A (рис. 6).

Вольтметр V подключают параллельно либо сопротивлению, либо индуктивности, либо конденсатору, либо к части цепи, содержащей сопротивление, конденсатор и катушку индуктивности. Измеряя силу тока и напряжение на соответствующем элементе или участке цепи, определяют соответственно:

; ; ; .

Затем рассчитывают , , и по формулам ( указано на плате):

, ; (9)

и производят сравнение измеренных и рассчитанных величин. Сдвиг фаз определяют по формуле:

. (10)