- •Содержание
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 Моделирование электростатических полей на электропроводящей бумаге
- •Цели и задачи работы
- •Теоретические положения
- •Описание установки и методики измерений
- •1.4. Порядок выполнения работы
- •1.5. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов
- •2.1. Цели и задачи работы
- •2.2. Теоретические положения
- •2.3. Описание установки
- •2.3.1. Подготовка модуля к работе.
- •2.3.2. Порядок проведения измерений
- •2.4. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Изучение обобщенного закона Ома и измерение электродвижущей силы методом компенсации
- •3.1. Цели и задачи работы
- •3.2. Теоретические положения
- •3.3. Описание установки и методики измерений
- •3.4. Порядок выполнения работы
- •3.5. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Изучение магнитного поля соленоида
- •4.1. Цели и задачи работы
- •4.2. Теоретические положения
- •4.4 Описание установки.
- •4.5. Порядок выполнения работы
- •4.5.1. Тарировка индукционного датчика
- •4.5.2. Определение магнитной индукции на оси соленоида
- •4.5.3. Определение магнитной индукции на оси короткой катушки
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Определение удельного заряда электрона
- •5.1. Цели и задачи работы
- •5.2.Теоретические положения
- •5.2. Описание лабораторной установки
- •5.4. Выполнение работы
- •5.4.1. Определение методом отклонения электронов в магнитном поле
- •5.4.2. Определение из вольтамперной характеристики вакуумного диода
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Изучение явления взаимной индукции
- •6.1. Цели и задачи работы
- •6.2. Теоретические положения
- •Описание установки
- •6.4. Выполнения работы
- •6.4.1. Определение взаимной индуктивности при наличии в цепи генератора, резистора r и подключении к генератору одной из катушек
- •6.4.2. Определение взаимной индуктивности при отсутствии в цепи генератора резистора r и подключении к генератору одной из катушек
- •6.4.3. Определение взаимной индуктивности методом последовательного соединения катушки и соленоида
- •6.4.4.. Изучение зависимости эдс индукции от частоты и напряжения генератора
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Индуктивность и емкость в цепи переменного тока
- •7.1. Цели и задачи работы
- •7.2. Теоретические положения
- •Мгновенное значение силы тока
- •Так как внешнее напряжение приложено к катушке индуктивности, то
- •О писание установки
- •7.4. Выполнение работы
- •7.4.1. Определение зависимости реактивного сопротивления от частоты
- •7.4.2. Определение угла сдвига фаз между током и напряжением
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8 Изучение затухающих колебаний
- •8.1. Цели и задачи работы
- •8.2. Теоретические положения
- •Согласно закону Ома для контура можно записать
- •8.3. Описание установки
- •8.4. Выполнение работы
- •8.4.1. Подготовка к работе
- •8.4.2. Порядок проведения измерений
- •8.4.3. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 Вынужденные электромагнитные колебания
- •9.1. Цели и задачи работы
- •9.2. Теоретические положения
- •При малом затухании ( ) резонансную частоту для напряжения можно положить равной w0. Соответственно можно считать, что
- •9.3. Описание установки
- •9.4. Выполнение работы
- •9.4.1. Подготовка к работе
- •9.4.2. Порядок проведения измерений.
- •9.4.3. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 10 Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- •10.1. Цели и задачи работы
- •10.2. Теоретические положения
- •10.3. Описание установки
- •10.4. Вывод расчетной формулы
- •10.5. Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •450000, Уфа-центр, ул.К.Маркса, 12
Мгновенное значение силы тока
-СUmsin t = Imcos(t + ) |
(7.3) |
где Im = СUm - амплитудное значение тока.
Величина называется реактивным ёмкостным сопротивлением (или ёмкостным сопротивлением). Для постоянного тока ( = 0) RC = , т.е. постоянный ток в цепи, содержащей конденсатор, течь не может.
Сопоставление выражений (7.2) и (7.3) приводит к выводу, что колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на /2 (рис. 32,в). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т.д. (рис. 32, б).
Рассмотрим электрическую цепь, содержащую катушку индуктивностью L (рис. 33, а), омическим сопротивлением и ёмкостью которой можно пренебречь ввиду их малости. Если к клеммам цепи приложено напряжение, изменяющееся по гармоническому закону (7.1), то по цепи потечёт переменный ток, в результате чего в катушке возникает ЭДС самоиндукции .
Поскольку активное сопротивление катушки практически равно нулю, то и напряжённость электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна равняться нулю. Иначе сила тока, согласно закону Ома, была бы бесконечно большой. Отсюда следует, что напряжённость вихревого электрического поля , порождаемого переменным магнитным полем, в точности уравновешивается в каждой точке проводника напряжённостью кулоновского поля , создаваемого зарядами, расположенными на зажимах источника и проводах цепи.
Из равенства следует, что работа вихревого поля по перемещению единичного положительного заряда (т.е. ЭДС самоиндукции ES) равна по модулю и противоположна по знаку работе кулоновского поля, равной в свою очередь напряжению на концах катушки:
ES = -U |
Отсюда следует:
Umcos t = |
(7.4) |
Так как внешнее напряжение приложено к катушке индуктивности, то
|
(7.5) |
есть падение напряжения на катушке. Из (4.4) следует, что
|
После интегрирования, принимая постоянную интегрирования равной нулю, получим
|
(7.6) |
где - амплитудное значение тока, А.
Величина RL = L называется индуктивным сопротивлением. Подставляя значение Um = LIm в (7.4) с учётом (7.5), получаем . Сравнивая полученное выражение с (7.6), приходим к выводу, что падение напряжения на катушке UL опережает по фазе ток I, текущий через катушку, на /2 (см. рис. 33,б и 33,в).
Рассмотрим цепь (рис. 34,а), состоящую из резистора сопротивлением R, катушки индуктивностью L и конденсатора ёмкостью С, на концы которой подаётся переменное напряжение по закону (7.1).
При этом на элементах цепи возникнут падения напряжения UR, UC и UL. На рис. 34,б приведена векторная диаграмма амплитуд падений напряжений на элементах цепи и результирующего напряжения Um. Амплитуда Um приложенного напряжения равна сумме амплитуд падений напряжений на элементах цепи. Как видно из рис. 34,б, угол равен разности фаз между напряжением на концах цепи и силой тока. Тогда
|
(7.7) |
Из прямоугольного треугольника получаем
|
откуда амплитуда силы тока имеет значение
|
(7.8) |
Следовательно, если напряжение в цепи изменяется по закону (7.1), то в цепи потечёт ток
I = Imcos(t - ) |
(7.9) |
где и Im определяются из уравнений (7.7) и (7.9). Графики зависимостей UR, UC, UL и I от времени приведены на рис 37,в.
Выражение (7.8) представляет собой закон Ома для цепи переменного тока. Величина
|
называется полным сопротивлением цепи.