5 Лабораторная работа / 5-Лабораторная работа (Физика) (ИЗУЧЕНИЕ ЗАТУХАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ)

МИНИСТЕРСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа по курсу "Общая физика"

ИЗУЧЕНИЕ ЗАТУХАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Преподаватель Студент группы

___________ /. / __________ /.. /

___________2008 г. 3 января 2008 г.

Томск 2008

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной работы является изучение работы колебательного контура, свободных затухающих электромагнитных колебаний и их характеристик.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

С хема установки представлена на рис. 2.1.. Колебания в контуре II возбуждаются с помощью генератора импульсного напряжения, вырабатываемого в контуре I, собранного на резисторе R₁ , емкости C₁ и диоде VD₁ ( в качестве генератора импульсного напряжения можно использовать стандартный генератор импульсов или генератор релаксационных колебаний).

Схема смонтирована на съемной панели лабораторного макета. В качестве резистора RP₁ в колебательном контуре II используется переменное сопротивление, максимальное значение которого RP₁ = 400 Ом устанавливается поворотом ручки потенциометра по часовой стрелке в крайнее положение. При повороте ручки против часовой стрелки в крайнее положение значение сопротивления RP₁ = 0. В этом случае активное сопротивление колебательного контура R складывается из сопротивления соединительных проводов контура и активного сопротивления катушки индуктивности. Возбуждение контура производится периодически от генератора импульсного напряжения I, регистрируются колебания на осциллографе III. Каждый импульс, подаваемый с генератора на колебательный контур, возбуждает один цуг колебаний.

Измерения амплитуды и периода колебаний осуществляются непосредственно с помощью осциллографа.

3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Значения логарифмического декремента затухания:

, (3.1)

где n - номер измерений амплитуды.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в следующей таблице.

Таблица

Результаты прямых и косвенных измерений.

Значение активного сопротивления контура R	Номер измеряемой амплитуды n	Значение амплитуды Un, мм (дел.)	Значение логариф-мического декремента затухания 	Среднее значение <>		Период затухающих колебаний T, c
R = Rх	1 2 3 4 5	29,3 26,8 24,5 22,4 20,5	0,09 0,089 0,09 0,089	0,0895	0,089 0,179 0,267 0,357	0,00089
R = Rx + RP1	1 2 3 4 5	26,8 17,2 11,0 7,1 4,5	0,443 0,447 0,438 0,456	0,446	0,443 0,891 1,328 1,784	0,0009

По графику определил

По графику определил

Гн

=403 Ом

ω===6063 Гц

ω===6055 Гц

==0,00103 с (изм. 0,00089),

==0,002 с (изм. 0,0009),

R=2=2=34 кОм

==10,3

5. ВЫВОДЫ.

Изучил работу колебательного контура и основные характеристики свободных затухающих колебаний. Провёл необходимые опыты и на основе экспериментальных данных вычислил нужные значения. Убедился в справедливости экспоненциального закона убывания амплитуды со временем.

1. Целью работы является изучение работы колебательного контура, сводных затухающих электромагнитных колебаний и их характеристик.

2. Свободные электромагнитные колебания можно получить с помощью колебательного контура, состоящего из омического сопротивления, катушки индуктивности и конденсатора.

3. Увеличение активного сопротивления в колебательном контуре приведет к изменению собственной частоты колебаний контура ω, частоты свободных затухающих колебаний контура ω, коэффициента затухания δ, значение логарифмического декремента затухания , период затухающих колебаний

T, добротность Q и амплитуды U_n.

4. Для изменения напряжения на конденсаторе по колебательному закону, нужна линейная колебательная система, т.е., чтобы сопротивление R, индуктивность L и электроёмкость C не зависели ни от тока в контуре, ни от напряжения.

5. Правильность вывода об экспоненциальном уменьшении амплитуды напряжения со временем подтверждается построением линеаризованных графиков =f(nT).Графики представляют собой прямые, угловыми коэффициентами которых являются δи δ.

6. Коэффициент затухания определяется как угловой коэффициент графика.

7. Частота собственных колебаний контура ωопределяется индуктивностью L и электроёмкостью C контура.

8. Собственная частота колебаний ω и частота свободных затухающих колебаний контура ω соотносятся между собой по формуле ω=.

9. В контуре по колебательному закону осуществляется изменение тока I и напряжения U.

10. В начальный момент с помощью генератора одиночных импульсов конденсатор заряжается до некоторой разности потенциалов на его обкладках. В этот момент энергия электрического поля максимальна. Если теперь генератор отключить, а конденсатор замкнуть на катушку, то начнётся его разрядка и в катушке возникнет ток. Ток приводит к возникновению магнитного поля. Следовательно, энергия электрического поля между обкладками конденсатора постепенно переходит в энергию магнитного поля катушки. В момент разрядки конденсатора ток в катушке и энергия магнитного поля достигают максимального значения. Уменьшению тока в катушке препятствует явление самоиндукции, поддерживающее ток в прежнем направлении. Этот убывающий ток продолжает переносить заряды от одной обкладки конденсатора к другой в том же направлении и перезаряжает конденсатор. Перезарядка заканчивается, когда ток становится равным нулю. В этот момент энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора. В следующий момент начинает разряжаться конденсатор, при этом ток течёт в обратном направлении. Разрядный ток возрастает, пока конденсатор не разрядиться полностью, а затем убывает, но вследствие явления самоиндукции снова перезаряжается конденсатор, и контур возвращается в исходное состояние. Этим завершается один период колебаний в контуре.

11. Коэффициент затухания и условный период связаны между собой соотношением .

12. Логарифмический декремент затухания уменьшиться, а добротность контура увеличится.

13. Затухание колебаний в контуре обусловлено потерями энергии на нагревание проводников. Чем больше сопротивление контура, тем быстрее затухают колебания.

14. Изменение индуктивности приведет к изменению собственной частоты колебаний контура ω, частоты свободных затухающих колебаний контура ω, коэффициента затухания δ, значение логарифмического декремента затухания , период затухающих колебаний T, добротность Q и амплитуды U_n.

15. В реальном колебательном контуре закон сохранения электромагнитной энергии не выполняется. Это обусловлено потерями энергии.

16. Закон Ома и второе правило Кирхгофа используется с учётом того, что размеры контура l не слишком велики, поэтому мгновенное значение тока будет практически одинаково во всех точках контура.