Дослід 4. Електричний резонанс.

Обладнання: звуковий генератор; батарея конденсаторів; трансформатор універсальний; гучномовець; лампа маловольтна на підставці; провідники.

Нагадують учням, що з’єднання конденсаторів і котушки утворює коливальний контур, який має власну частоту коливань. Крім того, в колах змінного струму з активним і реактивним опорами загальна напруга дорівнює геометричній сумі напруг на окремих дільницях. Якщо індуктив­ний опір кола дорівнює ємнісному опору, то загальний опір кола дорів­нює активному опору. Τоді власна частота контура буде рівна частоті коливань ЕРС джерела струму, тобто за цієї умови виникне явище резонансу напруг. За формулою визначають власну частоту коливального контуру.

Для демонстрування залежності резонансної частоти від ємності і індуктивності до генератора звукової частоти (низькоомний вхід) під’єд­нують послідовно низьковольтну лампочку, котушку на 12 В від універсаль­ного трансформатора з незамкнутим осердям і батарею конденсаторів. Як індикатор частоти використовують гучномовець. Перед дослідом установку наперед настроюють у резонанс. Для цього котушку вмикають повністю, ємність беруть 2 мкФ і підбирають частоту генератора, при якій лампа горить найкраще. Це буде при частоті біля 3000 Гц.

Дослід проводять в такій послідовності:

1. Вмикають генератор і, коли лампа загориться, закорочують по черзі спочатку конденсатор, а потім котушку. Лампа при цьому горить однаково тьмяно. Отже, при даній частоті ємнісний та індуктивний опори однакові. Після цього показують, що за будь-якої зміни частоти резонанс порушується.

Рис. 4

2. Зменшують індуктивність контуру. Резонанс порушується. Для віднов­лення резонансу частоту доводиться збільшити (відповідно за формула­ми) до 5500 Гц.

3. Відновлюють попередні умови і зменшують ємність конденсатора до 1 мкФ. Резонанс порушується, а для його відновлення також необхідно збільшити частоту.

4. Повертають установку в початкове положення, зменшують індуктивність котушки, а ємність збільшують до 4 мкФ. Резонанс не порушується, що узгоджується з формулою.

В даних дослідах не можна отримати точні кількісні співвідношення, бо використані тут котушки і батарея конденсаторів не можуть бути еталонами ємності і індуктивності.

Дослід 5. Затухаючі електричні коливання.

Обладнання: осцилограф електронний; батарея конденсаторів на 8 мкФ; котушка на 220 В від універсального трансфор­матора; реостат на 600 Ом; трансформатор розбірний - 2 шт.; смужка із трансформаторної сталі; провідники.

Поняття про коливальний контур учні отримують при вивченні теми "Змінний струм". Хоча там і розглядалися затухаючі коливання, вони не були предметом окремого вивчення. В даній темі перед вивченням роботи генератора незатухаючих коливань необхідно більш детально познайомити учнів з затухаючими коливаннями. З цією метою доцільно використати електрон­ний осцилограф.

Для отримання стійкої осцилограми необхідні періодичні короткочасні імпульси для зарядки конденсатора в контурі після повного зату­хання коливань. Існують різні способи періодичного збудження затухаю­чих коливань. В умовах школи найбільш доступними будуть два випадки:

1. Для отримання періодичних імпульсів використовують генератор горизонтальної розгортки осцилографа. Установка для досліду містить коливальний контур, який складається із конденсаторної батареї, котушки і реостата (рис. 5)

Рис. 5.

Затискач конденсаторної батареї, що з’єднаний із затискачем вертикального входу осцилографа, під’єднують через конденсатор 0,2-0,5 мкф до однієї з горизонтально відхиляючих пластин електронно-променевої трубки. Гнізда від цих пластин (X) встановлені в ніші на задній стін­ці осцилографа.

2. Генератор імпульсів складають із чотирьох котушок від двох розбір­них трансформаторів. Дві високовольтних котушки з’єднують послідовно і на них подають 30 В від автотрансформатора. Дві низьковольтні ко­тушки розміщують впритул до первинних і під’єднують їх назустріч, тоб­то так, щоб сума ЕРС. в них дорівнювала нулеві. Правильність перевіряють так: отримують на екрані осцилографа спочатку синусоїду від однієї котушки (другу при цьому закорочують), а потім при узгодженому вмиканні котушок на екрані осцилографа отримується синусоїда з подвоєною амплітудою. Після цього котушки під’єднують назустріч і отримують на екрані горизонтальну лінію на осі абсцис. Якщо лінія буде дещо спотворена, то її можна випрямити, переміщуючи котушки. Демонстрацію досліду починають з отримання імпульсів. У середину однієї котушки вводять смужку шириною 4 мм і довжиною 150 мм, вирізану із трансформаторної сталі. Від цього на екрані утворюються гострокутні піки імпульсів, які використовуються для періодичної зарядки конденсатора, коливального контуру. Утворення імпульсів пояснюється тим, що в моменти зміни напрямку струму ЕРС індукції в котуш­ці з осердям значно більша і сумарна ЕРС тоді не рівна нулеві. Тонке. осердя швидко досягає магнітного насичення і протягом більшої частини половини періоду е.р.с. в обох котушках вирівнюється і повністю компенсується. Продемонструвавши гострокутні імпульси, вмикають у коливному контурі ємність 0,25 мкФ і отримують осцилограму затухаючих коливань. Далі вводять реостат і спостерігають збільшення затухання.

Будову і дію генератора імпульсів можна не пояснювати на уроці. Досить показати на екрані осцилографа його дію. Якщо в лабораторії нема двох розбірних трансформаторів, то для досліду можна використати інші готові котушки або саморобні. При цьому розміри котушок і кількість витків можуть бути іншими, бо межі зміни напруги чутливості осцилографа досить великі. (З даним способом учням необхідно лише ознайо­митися).

Для отримання періодичних імпульсів замість окремого генератора можна скористатися генератором горизонтальної розгортки осцилографа. Тоді використовують той самий коливальний контур, а затискач вертикального входу осцилограф з’єднують через конденсатор 0,5 мкФ з будь-якою із горизонтально відхиляючих пластин електронно-променевої трубки. Гнізда від цих пластин (X) встановлені на задній стінці осцило­графа.