Лабораторная работа № 2

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ R, L, C

В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОДНОФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

1. Цель работы

Изучить явления, происходящие в цепи переменного синусои­дального тока при последовательном соединении элементов R, L, C.

Получить резонанс напряжений в последовательной цепи переменного си­нусоидального тока.

2. Основные теоретические сведения

В цепях переменного тока различают три вида сопротивлений: активное, индуктивное и емкостное.

Активным сопротивлением называют такое сопротивление, в котором вся подводимая электрическая энергия превращается на теп­ло. Активное сопротивление обозначается символом R . Если в цепи переменного тока включено только активное сопротивление, то ток и напряжение совпадают по фазе. Следовательно, угол сдвига фаз между ними равен нулю.

Индуктивным сопротивлением называют такое сопротивление, в котором вся подводимая энергия расходуется на создание магнит­ного поля. Индуктивное сопротивление обозначается X_L. Если в цепь переменного тока включено только индуктивное со­противление, то ток отстает от напряжения на угол π/2 (угол сдвига фаз равен 90°).

Емкостным сопротивлением называют такое сопротивление, в котором вся подводимая электрическая энергия расходуется на соз­дание электрического поля. Емкостное сопротивление обозначает­ся Х_C. Если в цепь переменного тока включено только ем­костное сопротивление, то ток опережает напряжение на угол π/2 (угол сдвига фаз равен 90°).

Как видно из определений индуктивного и емкостного сопро­тивлений, в них мощность не расходуется на создание тепловых потерь. Эти виды сопротивлений получили наименование реактивных. Поскольку они вызывают сдвиг фаз между током и напряжением на (+π/2) или (–π/2), то в общем случае реактивное сопротивление может быть обо­значено как Х = (Х_L – Х_C.). Алгебраическое вычитание абсолютных величин может заменятся их геометрическим суммированием.

Индуктивное сопротивление в чистом виде (идеальное) можно представить себе только теоретически. На практике катушка ин­дуктивности или просто катушка имеет активное R_L и индуктив­ное сопротивление Х_L. Таким образом, она обладает полным сопротивлением, которое обозначается Z_k = (индекс "k" означает, что это сопротивление катушки).

Согласно закону Ома, произведение тока на сопротивление дает величину падения напряжения. Произведение R_LI = U_а называется актив­ной составляющей напряжения или – актив­ным напряжением. Оно совпадает по фазе с током.

Произведение X_LI = U_L называется индуктивной составляющей напряжения или индуктивным напряжением. Оно опережает ток на угол 90°. Произведение X_CI = U_C называется емкостной составляю­щей напряжения или емкостным напряжением. Оно отстает от тока на угол 90°. Произведение XI = U_p называется реактивной составляю­щей напряжения или реактивным напряжением.

В первой части лабораторной работы рассматривается последовательное включение катушки (R_L, X_L ) и активного сопротивления R₁ (см. рис. 2).

Сопротивление R₁ можно изменять. Поэтому полное сопротивление всей схемы будет меняться. Следовательно, при постоянной величине напряжения сети будет изменяться ток

I=U/Z.

Это в свою очередь приведет к изменению всех основных параметров электрической схемы. Выявление характера изменения этих параметров в зависимости от величины R₁ и является целью данного исследования.

Во второй части лабораторной работы рассматривается последовательное соединение катушки (R_L, X_L ) и емкости Х_С (рис. 3).

Если изменяя величину емкостного сопротивления X_C добиться его равенст­ва по модулю с индуктивным сопротивлением катушки Х_L, то суммарное рeактивное сопротивление цепи X = X_L – X_C окажется равным нулю. Тогда пол­ное сопротивление схемы Z будет равно активному сопротивлению R = R_L

Z= .

Ток в цепи

I = U/Z = U/R → max.