Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и

Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра: «фпм»

Дисциплина: физика

Лабораторная работа № 3.11

Утверждена на методическом

семинаре кафедры ФПМ

Зав. кафедрой ____________

Техника безопасности

1. Сборку и разборку схемы производить только при отключенном источнике питания.

2. Не включать собранную схему, пока не изучите инструкцию по работе и не получите на это разрешение преподавателя или лаборанта.

3. Схема должна находится под напряжением только во время регулировки и снятия показаний с приборов. Категорически запрещается оставлять схему под напряжением без присмотра.

4. Строго соблюдать порядок выполнения работы, описанный в инструкции.

5. На рабочем месте не должно быть посторонних предметов. Твердо знать, где расположен общий выключатель и порядок пользования им.

6. После окончания работы отключить источник питания, а затем разобрать схему и привести в порядок рабочее место.

Лабораторная работа № 3.11 Измерение индуктивности катушки, емкости конденсатора и проверка закона Ома цепи для переменного тока

Приборы и принадлежности:

источник постоянного напряжения на 30 В;

источник переменного напряжения 127 В;

амперметр постоянного и переменного тока до 2,5 А;

вольтметр постоянного и переменного тока до 150 В;

реостат;

переключатель биполюсный;

катушка;

конденсатор.

Краткая теория

Если к концам проводника с активным сопротивлением R₀ приложено переменное напряжение, мгновенное значение которого изменяется по гармоническому закону

u = U₀sint, (1)

где U₀ – амплитудное значение напряжения, циклическая (круговая) частота, то в нем возникает переменный (синусоидальный) электрический ток, сила которого определяется по закону Ома:

i= ,

где I₀ – амплитуда силы тока:

. (2)

Если же помимо сопротивления R₀ в цепи имеется индуктивность L, то под действием того же напряжения возникает ток силой

i = I₀sin(t - , (3)

где

I₀ = , (4)

а  - сдвиг фаз между током и напряжением, определяемый из векторной диаграммы по формуле

tg = . (5)

Из сопоставления выражений (1) и (3) следует, что в этом случае колебания силы тока отстают по фазе от колебаний напряжения.

Величина Z₁= носит название полного сопротивления, т.к. играет в формуле (4) ту же роль, что и обычное активное сопротивление R₀ в законе Ома. Величина X_L=L называется индуктивным сопротивлением катушки.

Если вместо катушки индуктивностью L в цепь переменного тока включить конденсатор емкостью С, то сила тока будет изменяться по закону

I = I₀sin(t + ), (6)

где

,

(7)

В этом случае сила тока опережает по фазе напряжение.

Сопротивление цепи запишется так Z₂ = , причем X_c = 1/С называется емкостным сопротивлением. Наконец, в случае, когда в цепь включены последовательно все три величины R₀, L, С, сила тока в цепи записывается выражением:

I = I₀sin(t - ),

где

, (8)

tg = ;

полным сопротивлением при этом является величина

Z = .

Выражение (8) носит название закона Ома для переменного тока. В формулы (2), (4), (6) и (8) входят I₀ и U₀ - максимальные значения тока и напряжения. Но так как измеряемые приборами эффективные значения этих величин I_эфф и Е_эфф связанны с максимальными посредством формул

I₀ = I_эфф и U₀ = U_эфф

то, подставляя отсюда I₀ и U₀ в вышеуказанные формулы, получим

I_эфф= , (9)

I_{эфф= ,} (10)

I_эфф= , (11)

I_эфф= (12)

Во всех этих формулах под R₀ следует подразумевать сумму всех активных сопротивлений цепи (в том числе и катушки самоиндукции), на концах которой измеряется электродвижущая сила. Если напряжение измеряется непосредственно на зажимах катушки, то R₀ есть сопротивление одной лишь катушки.