Демонстрация №6 Индуктивное действие переменного тока

Цель:

Приборы и материалы: U-образный магнитопровод, катушка 220 В, ярмо, источник тока.

Ход работы:

На U-образный магнитопровод 2 надевают катушку 220 В и устанавливают ярмо 3, как показано на рис.22. Затем через рубильник подводят провода от сети 220 В переменного тока к соответствующим зажимам катушки. Не замыкая тока, на ярмо надевают медное кольцо и кладут его на каркас катушки. При замыкании тока кольцо подбрасывается в воздух и может «плавать» в воздухе, не соскакивая с ярма. Если пытаться опустить кольцо вниз, рука встречает очень заметное сопротивление. Если оставить кольцо под током на несколько минут, то оно нагревается весьма сильно.

Рис.12

Если теперь заменить медное кольцо алюминиевым так же, надев его на ярмо, положить на каскад катушки, то при включении тока кольцо взлетает вверх и соскакивает с ярма. Отталкивание, которое наблюдается в обоих опытах между первичной обмоткой и кольцами (вторичной обмоткой), объясняется тем, что индукционный ток в кольце и ток в первичной обмотке почти противоположны друг другу и поэтому взаимно отталкиваются.

Проделаем опыт в другом варианте.

Включив ток в катушку, медленно подносят сверху к ярму (установленному, как показано на рис.13) плоскую катушку. На небольшом расстоянии от ярма лампочка загорается под действием возникающего индукционного тока и горит все ярче по мере дальнейшего приближения вплоть до надевания плоской катушки на ярмо. Надо следить за тем, чтобы не пережечь лампочку. Затем магнитопровод замыкают и наблюдают за изменениями. Делают вывод.

Вывод:

Лабораторная работа № 3 осциллограф и звуковой генератор

Ц ель :изучить устройство и принцип работы осциллографа; изучить осциллограмму переменного тока.

Приборы и материал. Осциллограф ОМШ-3М (или другой малогабаритный лабораторный); руководство по эксплуатации осциллографа; звуковой генератор лабораторный; вольтметр переменного тока (авометр, мультиметр); соединительные провода – 2 шт..

3 .1 Устройство и принцип действия осциллографа. Осциллограф это прибор для визуального наблюдения и регистрации функциональной зависимости величин, выраженных в форме электрических напряжений или токов. Наиболее широко применяют осциллографы для исследования периодических процессов, а также для изучения вольтамперных характеристик диода и триода, петли гистерезиса и др.

В простейшем случае осциллограф состоит из четырех блоков: блока электронно-лучевой трубки ЭЛТ, генератора развертки (ГР), усилителя исследуемого сигнала УС и блока питания БП. Основным элементом первого блока является электронно-лучевая трубка, на экране которой формируется картина исследуемого сигнала (осциллограмма). Принципиальная схема трубки приведена на рисунке 2. Нить накала НН подогревает катод К, с поверхности которого вылетают электроны. Электроны, пролетев через отверстия управляющего электрода, фокусирующего цилиндра ФЦ и анода А, а также между пластинами XX и УУ, попадают на экран и вызывают его свечение. Изменением разности потенциалов между катодом и управляющим электродом можно менять число электронов в пучке, а это позволяет регулировать яркость изображения на экран: Чем больше по модулю отрицательный потенциал на управляющем электроде относительно катода, тем меньше электронов пройдет через управляющий электрод и достигнет анода. Осциллограф снабжен ручкой <яркость> для управления потоком электронов в пучке.

Электрическое поле между фокусирующим цилиндром и анодом способно фокусировать расходящийся электронный пучок. На рисунке 2 показан характер поля: сплошными линиями обозначены силовые линии электрического поля, а пунктирными - траектории движения электронов. Таким образом, фокусирующий электрод и анод составляют электростатическую линзу. Изменение разности потенциалов между фокусирующим цилиндром и анодом приводит к разной фокусировке электронного пучка. Конструкцией осциллографа предусмотрено изменение фокусировки ручкой <фокус>.

Сфокусированный пучок электронов проходит между пластинами XX и УУ. Если на пластины XX или УУ подано постоянное напряжение, то электронный пучок смещается соответственно либо по горизонтали, либо по вертикали.

Рис.3

Количество колебаний, наблюдаемых на экране, зависит от соотношения периодов исследуемого сигнала и пилообразного напряжения развёртки (рис. 5, а, б). При совпадении частот электронный луч на экране вычерчивает один период напряжения сигнала (рис. 5, а). Если же частота генератора развёртки будет в 2, 3 и т.д. раза меньше частоты колебаний исследуемого сигнала, то будут вычерчены два, три и т.д. периода.

Генератор развертки создает пилообразное напряжение (рис. 3), которое может подаваться на горизонтально отклоняющие пластины (на пластины XX). При этом электронный пучок (соответственно светящаяся точка на экране) при медленном возрастании напряжения на пластинах XX равномерно перемещается по горизонтали, прочерчивая на экране светящийся отрезок, а при редком спаде напряжения быстро возвращается в исходное положение.

Прочерчивание отрезка периодически повторяется. Частоту пилообразного напряжения можно менять либо ступенчато, либо плавно ручками развертки, которые могут быть обозначены: «Диапазон», «Частота плавно». Амплитуду пилообразного напряжения плавно меняют ручкой «Усиление Х>.

Усилитель предназначен для усиления без искажений электрических колебаний, поданных на его вход. С выхода усилителя исследуемый сигнал подается на пластины УУ электронно-лучевой трубки. Сигнал, подаваемый на вход осциллографа, может быть как малым, так и большим. Большой сигнал (порядка десятков вольт) на входе уменьшается с помощью делителя напряжения. С делителя сигнал подается на усилитель. Ручки управления делителем и усилителем выведены на внешнюю панель.

Получение осциллограммы синусоидальных колебаний можно пояснить следующим образом. На пластины XX с генератора развертки подается пилообразное напряжение, а на пластины УУ с усилителя - исследуемый сигнал (см. рис. 3). Если частота сигнала кратна частоте развертки, то на экране электронно -лучевой трубки будет формироваться синусоида. Если же частота сигнала не кратна частоте развертки, то плавным изменением частоты развертки (специальной ручкой) можно добиться ее кратности частоте сигнала. Однако вручную это сделать трудно, поэтому в осциллографе предусмотрена автоматическая подстройка частоты развертки сигналом, идущим от усилителя. Этот сигнал может быть изменен выведенной на панель ручкой <Синхронизация>. Обычно в осциллографе предусматривают, кроме внутренней, внешнюю синхронизацию, т. е. синхронизацию от внешнего источника периодических колебаний (возможно от сети переменного тока).

Осциллограф – это прибор для наблюдения формы сигналов и измерения их амплитудных, фазовых и временных характеристик. Кроме этого, современные цифровые запоминающие осциллографы позволяют преобразовывать аналоговые сигналы в цифровую форму, запоминать их в виде файлов, производить над ними некоторые математические операции, а также передавать файлы через интерфейс в другие устройства (например, на компьютер) для последующего хранения и обработки.

О природе исследуемых сигналов. Исследуемые с помощью осциллографа величины могут быть любой природы – ток, магнитное поле, давление, температура, освещенность, перемещение, время и т.д., но для наблюдения с помощью осциллографа они должны быть предварительно преобразованы в электрическое напряжение. В этом смысле мы и будем использовать далее термин "сигнал". Визуальное наблюдение сигнала производится на экране, который представляет собой либо экран электронно-лучевой трубки (электронно-лучевые осциллографы), либо жидкокристаллический дисплей (цифровые запоминающие осциллографы). Принцип действия и схемотехника электронно-лучевых и цифровых запоминающих осциллографов различны, но основное назначение – наблюдение формы сигналов и измерение их характеристик –одинаково. Поэтому основные функциональные узлы и их "регулировки" (органы управления) должны быть схожими, что позволяет описать их на одном "языке".

Чтобы научиться работать с осциллографом, нужно:

• во-первых, освоить этот "функциональный язык";

• во-вторых, уметь найти на управляющей панели осциллографа нужные функциональные узлы (их органы управления);

• в-третьих, уметь установить их в нужный режим работы.