Порядок выполнения работы

Прежде, чем приступить к выполнению работы, убедитесь что на рабочем столе имеются все необходимые приборы. Изучите их лицевые панели и определите цены делений используемых измерительных приборов.

Ручку регулятора выходного напряжения блока питания ВС-24М против часовой стрелки до упора, что соответствует минимальному значению выходного напряжения на клеммах “~”.

Задание 1. Определение индуктивности секций катушки.

1. Соберите цепь, соответствующую рис. 9. При этом используйте клеммы катушки, между которыми стоит обозначение “1200” (R = 13 Ом). Подключите собранную схему к клеммам “~” блока питания ВС-24М.

2. Включите блок питания в сеть 220В и переведите переключатель на лицевой панели в положение “вкл”. Поворачивая ручку регулятора выходного напряжения (~ V ) по часовой стрелке, устанавливают напряжение питания цепи. Затем с помощью амперметра и вольтметра определяют I_эф и U_эф. Опыт проводят три раза, варьируя напряжение в пределах до 40В, а ток - в пределах до 0,5А. Результаты записывают в таблицу 1.

3. По формуле Z = U_эф / I_эф = U_m I_m находят сначала Z, а потом - Z_ср . Затем по величине Z_ср с помощью L = ( Z²- R² )/ = ( Z²- R² )/ 2 находят значение L для выбранной секции катушки.

4. Повторяют измерения, описанные в п. 2 для какой-либо другой секции катушки. Значения напряжения и тока следует выбирать в тех же пределах, что и в п. 2. При включении секции катушки, содержащей 2400 витков, R=33.5 Ом, а секции, содержащей 3600 витков, R=46.5 Ом. Все результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 1.

5. Оцените относительную погрешность в определении L методом косвенных измерений с учетом класса точности используемых приборов.

6. Выключите блок питания. Отключите исследуемую схему от блока питания.

Таблица 1

№	число витков	R, Ом	Uэф, В	Iэф, А	Z, Ом	XL, Ом	L, Гн	L \ L, %
1 2 3
1 2 3

Задание 2. Определение емкости конденсатора

1. Соберите цепь, соответствующую рисунку 10. При подключении батареи конденсаторов выбирают одно значение емкости, обозначенной на шкале около выдвижного контакта цифрами 1, 2 или 3. Подключите собранную схему к клеммам “~” блока питания ВС-24М. Ручку регулятора выходного напряжения блока питания ВС-24М поверните против часовой стрелки до упора, что соответствует минимальному напряжению.

2. Включите блок питания в сеть (220В) и переведите переключатель на его лицевой панели в положение ”вкл”. Поворачивая ручку регулятора выходного напряжения по часовой стрелке, устанавливают напряжение питания цепи. Затем с помощью амперметра и вольтметра схемы определяют I_эф и U_эф . Опыт проводят три раза, изменяя напряжение в пределах до 30В, а ток - в пределах до 0,4 А. Результаты заносят в таблицу 2.

3. По формуле (23) определят сначала X_C , потом - X_{C ср} . Затем по формуле (24) находят значение выбранной емкости С.

4. Повторяют измерения описанные в п.2, для какой-либо другой емкости батареи конденсаторов. Значения напряжения и тока следует выбирать в тех же пределах, как и в п.2. Все результаты измерений и вычислений заносятся в таблицу 2.

5. Оцените относительную погрешность в определении С методом косвенных измерений с учетом класса точности используемых приборов.

Таблица 2.

№	Номер емкости	Uэф, В	Iэф, А	XC, Ом	XC ср, Ом	С, мкФ	С / С, %
1 2 3
1 2 3

6. Выключите блок питания. Отключите исследуемую схему блока питания.

Задание 3. Проверка закона Ома для цепи переменного тока.

1. Соберите схему, соответствующую рисунку 11. При этом используйте секции катушки, исследованные в задании1, и емкости, найденные в задании 2. Затем проводят опыт еще 2 раза, заменив секцию катушки на другую, измеренную в задании 1. При этом емкости берут прежние.

2. Подключите собранную схему к клеммам “~” блока питания. Ручки регулятора выходного напряжения блока питания поверните против часовой стрелки до упора, что соответствует минимальному значению напряжения.

3. Включите блок питания в сеть (220 В) и переведите переключатель на его лицевой панели в положение “вкл”. Поворачивая ручку регулятора выходного напряжения по часовой стрелке, устанавливают напряжение питания цепи в пределах 40-45 В. С помощью амперметра и вольтметра схемы измеряют I_эф и U_эф. Опыт проводят три раза при данном значении L и С, изменяя ток в цепи в пределах до 0,5 А.

4. По формуле Z = U_эф / I_эф определяют Z, потом рассчитывают значение Z_ср проведенных трех измерений при неизменных L и С. Затем рассчитывают полное сопротивление цепи по формуле Z =  R²+(X_L - X_C)² , воспользовавшись результатами измерения X_L в задании 1 и X_C в задании 2. Проводят сопоставление значений, полученных двумя описанными способами.

5. Выключив блок питания, заменяют исследуемую емкость на другую, найденную в задании 2. Включают питание цепи и повторяют измерения, описанные в п. 3, и расчеты, описанные в п. 4.

6. Выключив блок питания, заменяют исследованную секцию катушки на другую, значение индуктивности которой известно из задания 1. Включив блок питания, повторяют измерения и расчеты описанные в п.п. 3, 4. Затем повторяют все операции и измерения с новым сочетанием L и С. Результаты всех измерений и вычислений записывают в таблицу 3.

7. На миллиметровой бумаге строят векторные диаграммы для двух исследованных сочетаний величин L и С. По векторным диаграммам определяют сдвиг фаз  между током и напряжением (формула 30).

8. Оценивают погрешность в измерении Z методом косвенных измерений для одного случая определения Z.

9. Выключите блок питания. Отключите исследованную схему от блока питания.

Таблица 3

№	сочетание элементов	Uэф,В	Iэф, А	Z,Ом	Zср, Ом	R,Ом	XL, Ом	XC, Ом	Zвыч	tg
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 11 12

Вопросы для допуска к работе

1. Объясните назначение элементов схемы для измерения полного сопротивления цепи, содержащей резистор, индуктивность и емкость?

2. Как следует включать блок питания ВС-24М, используемый для питания схем переменным током?

3. Опишите порядок выполнения работы.

4. Какими двумя способами определяют Z в данной работе?

5. В чем заключается проверка закона Ома для цепи переменного тока?

6. Как определяют величину индуктивности одной секции катушки?

7. Как определяют величину емкости, используемой при выполнении задания 2?

Вопросы для защиты работы

1. Объясните процессы, происходящие в цепи переменного тока, если включена катушка, обладающая активным сопротивлением?

2. Постройте и объясните векторную диаграмму для цепи, содержащей индуктивность с R  0.

3. Докажите, что индуктивное сопротивление X_L измеряется в Омах.

4. Почему индуктивное сопротивление считают реактивным?

5. Почему переменный ток с частотой 50 Гц считают квазистационарным?

6. Что означает понятие “активное сопротивление” катушки?

7. Объясните процессы, происходящие в цепи переменного тока, содержащей идеальную емкость.

8. Постройте и объясните векторную диаграмму для цепи, содержащей емкость при R = 0.

9. Докажите, что емкостное сопротивление измеряется в Омах.

10. Почему емкостное сопротивление X_C называют реактивным? Какие превращения энергии происходят в цепи, содержащей емкость?

11. Постройте и объясните векторную диаграмму для цепи, содержащей емкость при R  0.

12. Выведите формулу для полного сопротивления цепи, содержащей резистор, индуктивность и емкость.

13. Как определить сдвиг фаз между током и напряжением в цепях, содержащих: а) резистор и индуктивность, соединенные последовательно; б) резистор и емкость соединенные последовательно; в) индуктивность и емкость, соединенные последовательно; г) резистор, индуктивность и емкость, соединенные последовательно.

14. Как рассчитывают мгновенные значения мощности в цепях, переменного тока, содержащих: идеальную индуктивность; реальную индуктивность; идеальную емкость (R = 0)?

15. Чему равно среднее значение мощности за период для цепи, содержащей идеальную индуктивность? Содержащей идеальную емкость?

16. С какой частотой изменяется мгновенное значение мощности в цепи, содержащей идеальную индуктивность? Идеальную емкость?

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Разинова Светлана Михайловна, доцент

Шапкарин Игорь Петрович, к.т.н., доцент

Глаголева Ольга Николаевна, к.ф.-м.н., доцент

Методические указания к лабораторной работе №88

«Изучение закона Ома в цепях переменного тока»

Компьютерная верстка Матус А.А.

Технический редактор Киреев Д.А.

Ответственный за выпуск Морозов Р.В.

Бумага офсетная. Печатная на ризографе

Усл.печ.л.___Тираж 300 экз. Заказ №___

Информационно-издательский центр МГУДТ