3. Измерения
Перед началом работы ознакомьтесь с расположением приборов, входящих в состав установки для изучения затухающих колебаний. Внешний вид установки представлен на рис. 12.8. Установка состоит из осциллографа С1-65, магазина сопротивлений, магазина емкостей, магазина индуктивностей, коммутатора, источника питания.
Рис. 12.8. Внешний вид установки. К – выводы коммутатора, L – выводы магазина индуктивностей, R – клеммы магазина сопротивлений, С –клеммы магазина емкостей, - выводы источника питания.
4. Порядок выполнения работы.
-
Соедините приборы в соответствии с принципиальной схемой (рис. 11.4). Пример монтажа установки приведен на рис. 12.9. Включите осциллограф и коммутатор в сеть.
-
Установите на магазинах значение сопротивления R = 0, емкость С = 0.1 мкф., индуктивность L = 0.1 мГн. Настройте осциллограф и получите устойчивую картинку затухающих колебаний на экране осциллографа. При необходимости, изменяя величину индуктивности и емкости, добейтесь, чтобы на экране наблюдалось несколько периодов колебаний.
Задание 1.
Изучение затухающих колебаний и измерение критического сопротивления.
-
Зарисуй полученную картинку затухающих колебаний. Используясь осциллографом, измерьте период колебаний. По формуле (12.13) рассчитайте теоретическое значение периода Т, используя значения емкости и индуктивности, выставленные на магазинах. Данные запишите в таблицу 1.
-
Измерьте критическое значение сопротивления. Для этого увеличивайте сопротивления R до тех пор, пока на экране будут отсутствовать затухающие колебания и процесс станет апериодическим. Для известных значений L и С по формуле (12.26) рассчитайте значение Rкр рас. Повторите измерения Т, Rкр. и расчеты для удвоенного (утроенного) значения L или С. Примечание: измерения периода производить при R = 0, а затем при тех же значениях C и L измерить Rкр. Данные занесите в таблицу 1.
Рис. 12.9 Вариант соединения приборов для наблюдения затухающих колебаний.
Таблица 1
С, мкф |
L, мГн |
Tэкс, мс. |
Tрас., мс. |
Rкр |
Rкр рас |
|
|
|
|
|
|
Задание 2.
Изучение затухающих колебаний при различных сопротивлениях контура.
-
Установите любое значения сопротивления конура из диапазона 10 Ом < R << Rкр. Рекомендуется такое выбрать значение, чтобы количество колебаний было больше трех. Измерьте в делениях сетки осциллографа амплитуды А1, А2 и А3 затухающих колебаний (рис. 12.5), отстоящих на один период и запишите результаты измерений в таблицу. По формуле = ln(A1/A2) рассчитайте логарифмический декремент затухания для каждой пары значений А. Найдите среднее значение = ½(1 +2) и запишите в таблицу. Используя значение Т рассчитайте коэффициент затухания .
-
Выполните измерения и расчеты при еще двух других значениях сопротивления контура.
-
Постройте график зависимости логарифмического декремента от R и продлите график до пересечения с осью абсцисс (рис. 12.10). Отрезок RL равен сопротивлению катушки колебательного контура, так как полное сопротивление контураR =R+RL,
(12.29)
-
Используя данные таб. 2, рассчитайте по формуле (5.60) индуктивность L. Сопоставьте ранее найденное опытное значение критического сопротивления (таб. 1) с расчетным, учтя на этот раз сопротивление катушки RL Rкр. оп = Rкр.рас+ RL.
Рис. 12.10. Графическое построение для определения RL.
Таблица 2
R |
T |
A1 |
A2 |
A3 |
|
|
RL |
L |
Rкр оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 3.
Измерение логарифмического декремента затухания с помощью фазовой кривой.
-
Установите сопротивление R = 100 Ом.
-
Выключите развертку осциллографа и наблюдайте на экране фазовую кривую. Переместите фазовую кривую так, чтобы фокус находился в центре сетки экрана.
-
Измерьте по фазовой кривой величину напряжения и тока в делениях сетки экрана, разделенные периодом колебаний, т. е. расстояния от фокуса фазовой кривой до точки пересечения витков спирали с осью напряжений или силы тока. Измерения выполните по трем виткам фазовой кривой. Результаты занесите в таб. 3.
-
Проведите измерения (п. 3) при других сопротивлениях магазина (200, 500 Ом). Для каждого значения рассчитайте логарифмический декремент затухания, результаты расчета запишите в таб. 3.
-
Установите R > Rкр. Зарисуйте фазовую кривую апериодического процесса.
Таблица 3
R |
U1 |
U2 |
U3 |
|
I1 |
I2 |
I3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отчет о работе должен содержать: краткое изложение теории, три таблицы с результатами измерений и расчетами, график от R, три рисунка (затухающие колебания, фазовая кривая для затухающих колебаний и при апериодическом разряде).
Контрольные вопросы
-
Опишите процессы, происходящие в колебательном контуре. Перечислите основные причины затухания колебаний.
-
Какой вид имеет кривая зависимости логарифмического декремента затухания = f(R), где R сопротивление контура?
-
В колебательном контуре за 1 секунду совершается 100 колебаний. Амплитуда за это время уменьшилась в е = 2.72 раза. Найти логарифмический декремент затухания и добротность контура.
Литература
-
Савельев И. В. Курс общей физики: В 3-х т.— М.: Наука, - 1988. -Т.2, Глава XIII.
-
Парсел Э. Электричество и магнетизм. М.: Наука. - 1975. - Т.2. – Глава 8, §8.1.
-
Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. В 3-х т. М.: Наука. – 1972. Т.2, §51.
1 Какая цепь называется колебательным контуром?
2 Какой ток называется квазистационарным?
3 Каким уравнением описываются процессы в контуре при R = 0?
4 Каким уравнением описываются гармонические колебания?
5 У. Томсон (анг. физ.) развил теорию колебаний в контуре в 1853 г.
6 Что такое формула Томсона?
7 Почему затухают колебания в реальном контуре?
8 Каким уравнением описывается затухающие колебания?
9 Что такое добротность контура?
10 Что такое критическое сопротивление?
11 Каковы причины затухания в реальном контуре? Будут ли затухать колебания в контуре из сверхпроводника?