ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ-ОПТИКА

Схема (рис.1) состоит из четырех сопротивлений: R1 и R2 – сопротивления двух участков реостата, Z и Z0 емкостные сопротивления. Мостик, включенный между точками С и Д, содержит измерительный прибор. По реостату перемещается подвижный контакт Д, делящий его на две части длиной l1 и l2 .

Передвижением движка реостата добиваются равенства потенциалов в точках С и Д, то есть отсутствия тока в мостике СД (в этом случае измерительный прибор покажет нулевое значение).

При этом через сопротивления Z и Z0 будет идти один и тот же ток I1, а через сопротивления R1 и R2 один и тот же ток I2. Кроме того, равны падения напряжения на участках АС и АД и на участках ВС и ВД. Поэтому можно записать :

U AC U AД

UВC UВД

Заменяя напряжения по закону Ома, получаем:

21

Порядок выполнения работы Задание 1

Измерение неизвестных емкостей мостиковой схемой

1. Соберите цепь по схеме рис. 26.1, в плечо ВС (на место Z0) подключите конденсатор известной емкости С0(эталонная емкость устанавливается на магазине ёмкостей), а в плечо АС (на место Z) подключите конденсатор Сх1, ёмкость которого надо измерить.

2. Передвижением движка реостата Д добейтесь минимального показания значения измерительного прибора и измерьте длину плеч.

3.Замените конденсатор Сх1 на Сх2 и повторите измерения, указанные в пункте 2.

4.Повторите измерения, указанные в пункте 2, для последовательно и параллельно соединенных Сх1 и Сх2.

5.Все измерения занесите в таблицу 1

6.По формуле (9) рассчитайте Сх1, Сх2, Спосл, Спарал.

7.Результаты расчетов занесите в таблицу 1.

Задание 2

Проверка законов последовательного и параллельного соединения конденсаторов.

1.По формулам (3) рассчитайте ёмкости Спосл, Спарал.

2. Рассчитайте относительную погрешность измерений

Стеор Спрак 100% . Результаты занесите в таблицу 1.

Стеор

Задание 3

Проверка законов последовательного и параллельного соединения сопротивлений в цепях переменного тока.

1. По формуле (2) рассчитайте значения Z1, Z2, Zпосл, Zпарал, подставляя соответствующие значения ёмкостей.

22

Измеренная емкость, мкФ

Расчетная емкость, мкФ

Относительная

погрешность

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №27 Изучение резонанса напряжений и определение

индуктивности методом резонанса

В данной лабораторной работе исследуются вынужденные электрические колебания в резонансном контуре, состоящем из включенных последовательно катушки индуктивности L, конденсатора емкости C, активного сопротивления R (рис.27.1).

Рис.27.1

Если в контуре электродвижущая сила

(t) 0 sin t ,

то ток в контуре меняется по закону:

I I0 sin t

23

где Z – сопротивление цепи, содержащей последовательно соединенные R,L,C.

то сопротивление Z будет наименьшим, а ток в цепи максимальным. Это явление называется резонансом напряжений.

Из формулы (4) резонансная частота

Сдвиг фаз между током и напряжением в условии резонанса напряжений равен 0.

Кривую зависимости амплитуды тока от частоты внешней ЭДС называют резонансной кривой.

На рис.27.2 представлены резонансные кривые при различных активных сопротивлениях контура.

Порядок выполнения работы

24

1.Соберите электрическую цепь по схеме (рис.27.1)

2.Включите установку в сеть с напряжением 220В.

3.Установите движок реостата в любом положении.

4.Изменяя емкость С, снимите зависимость силы тока в цепи от емкости.

5.Аналогичные измерения проведите для 2-х других значений R (при 2-х других положениях движка реостата).

6.Данные результатов измерений занесите в рабочую тетрадь в таблицу 1.

7.По результатам измерений постройте семейство кривых зависимости силы тока I от емкости С при постоянном R.

8.По графику (рис.27.3) найдите емкость С0, при которой наступает резонанс напряжений.

9.Вычислите индуктивность катушки, используя формулу (4):

с0 с ,

Рис. 27.3

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №28 Определение индуктивности катушки и магнитной

проницаемости ферромагнитного тела

Методика эксперимента

При прохождении электрического тока по катушке,

где Ф – магнитный поток, пронизывающий плоскость одного витка. Т.к. магнитный поток пропорционален силе тока I в

Если контур жёсткий и вблизи него нет ферромагнитных тел, то индуктивность L=const и зависит только от формы и размеров контура. Если контур находится в ферромагнитной среде, то индуктивность будет ещё зависеть от магнитной проницаемости ферромагнетика.

Рассмотрим цепь, содержащую катушку с активным сопротивлением R и индуктивностью L (рис.28.1).

R,L

где 2 f - циклическая частота переменного тока, то в цепи кроме сторонней э.д.с.

26

где - сдвиг фаз между током и сторонней э.д.с., действующей в

Закон Кирхгофа для данной цепи будет иметь вид:

называется полным сопротивлением цепи, содержащей активное R и индуктивное L сопротивления.

Из формулы (9) следует, что зная полное и активное сопротивления контура, можно определить его индуктивность по формуле:

27

Изменяя свойства контура, можно проследить как будет изменяться индуктивность.

Задание 1. Определение индуктивности контура.

Схема электрической цепи.

f

R,L

e

Рис.28.3

Порядок выполнения задания

1.Соберите электрическую цепь по схеме рис.28.3 включив между точками f и e катушку без сердечника – элемент а.

2.Определите для электроизмерительных приборов, используемых в данном задании, их систему, класс точности, цену деления, ошибку измерения. Данные занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

3.Подключите собранную схему к источнику постоянного напряжения.

4.Снимите показания амперметра и вольтметра при трёх различных положениях движка реостата. Результаты занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

5.Рассчитайте активное сопротивление по формуле R UI и

среднее значение R . Результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

6. Подключите собранную схему к источнику переменного напряжения и повторите пункт 4. Проследите, чтобы все

28

электроизмерительные приборы были рассчитаны на переменный ток.

7.Рассчитайте полное сопротивление по формуле Z UR и

среднее значение Z . Результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

8.Наденьте катушку на сердечник (электрическая схема рис.28.3 – между точками f и e подключен элемент б). Снимите показания амперметра и вольтметра.

9.Результаты занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

10.Рассчитайте Z и результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

11.Замкните сердечник (электрическая схема рис.3 – между точками f и e подключен элемент в). Снимите показания амперметра и вольтметра.

12.Рассчитайте Z и результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

13.Рассчитайте индуктивность по формуле (10) для разных режимов и результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

14.Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы.

Задание 2.

Определение магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника в постоянном магнитном поле.

Методика эксперимента

Магнитная проницаемость является характеристикой сердечника. При постоянном токе индукция магнитного поля В в сердечнике связана с напряжённостью поля Н соотношением:

29

проницаемость сердечника, 0 - магнитная постоянная,

0 4 10 7 Ãí ì . Для ферромагнетиков существуют графики

зависимости В от Н. Для электротехнической стали, из которой набран сердечник, график представлен на рис.28.4.

График зависимости В от Н для электротехнической стали

В, Тл

Н, А/м

Рис. 28.4

Зная Н и пользуясь этим графиком, можно найти В, а из формулы (11) определить .

Порядок выполнения задания

1.Соберите электрическую цепь по схеме рис.28.3 (между точками f и e подключен элемент в) Подключите её к источнику постоянного напряжения.

2.Снимите 5 – 6 показаний тока при различных положениях движка реостата. Данные занесите в таблицу 4 рабочей тетради.

3.Занесите в таблицу 5 рабочей тетради параметры катушки.

4.Рассчитайте напряжённость Н по формуле (12) и по графику на рис.4 найдите соответствующие значения индукции В.

30