6. Обработка результатов измерений

6.1. Запишите значение полной ёмкости контура в табл. 1.

Таблица 1

Элемент контура	Номинал	Допуск, %
Конденсатор С	мкФ
Экран осциллографа	Размер	Цена деления
__________	100мм х 80мм	2 мм

6.2. Запишите в табл. 2 значения t, N ,T и, если нужно, l₀, l_NT, N.

Рассчитайте период T.

Таблица 2

t,мс	N	T = t/N, мс	l0 ,мм	lNT ,мм	N	T=10 lNT/(Nl0), мс

6.3. Запишите в табл. 3 значения S₁, S₄. Рассчитайте λ и Q.

Таблица 3

S1, мм	S4, мм	λ = (1/3) ln(S1/ S4)	Q = τ / λ

6.4. Рассчитайте β, L, r₀. Внесите в табл. 4.

Таблица 4

β = λ/T, 1/c	L = (T/2τ)2/C, Гн	r0 = 2βL, Ом

Литература

1. Савельев, И.В. Курс общей физики.T.2. Электричество и магнетизм / И.В. Савельев.- М.: Изд-во «Астрель», 2001.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики. T.1. Механика / И.В.Савельев. - М.: Изд-во «Астрель», 2001.

Приложение 1

Переходные процессы в цепях RC и RL

1.Проследим за установлением напряжения на ёмкости C в цепи ERC (рис.15) после замыкания ключа.

Рис. 15

Решив дифференциальное уравнение с начальным условием q(0)=0 , полученное из 2-го закона Кирхгофа, имеем

. (19)

2. Установление тока в цепи ERL (рис.16) можно найти аналогично из

. (20)

Рис. 16

На рис.17 показана зависимость U/U_m от t/t_c, где U_m = E-максимальное напряжение, а t_c = RC - постоянная времени цепи с ёмкостью.

График зависимости I/I_m от t/t_L, где I_m = E/R - максимальный ток, а t_L = L/R - постоянная времени цепи с индуктивностью, имеет тот же вид (рис.17).

Рис.17

Приложение 2

Основные схемы искрового зажигания современных двигателей (упрощенные)

Все современные двигатели имеют в качестве основного элемента схем катушку зажигания (бобину), первичная обмотка которой является катушкой индуктивности рассмотренного нами контура, а вместе с вторичной образует трансформатор, повышающий напряжение до достаточного для пробоя искрового промежутка свечи зажигания (примерно с 300В до 30кВ) (рис.18).

1. Первый вариант: имеет механические контакты прерывателя (в настоящее время почти не встречается); работает по принципу ударного возбуждения колебаний в электромагнитном контуре.

2. Второй вариант: применяется коммутатор - мощный электронный ключ, прерывающий ток в несколько ампер, управляемый датчиком на основе магнитодиодов; работает также по принципу ударного возбуждения колебаний.

3. Третий вариант: имеется накопительный конденсатор, который заряжается от преобразователя напряжения до 300…400 В, а затем с помощью тиристора (управляемого кремниевого вентиля) присоединяется к катушке зажигания; работает почти по классической схеме возбуждения колебаний.

Рис. 18

Вопросы для самоконтроля

1-й КОМПЛЕКТ

1. Какие колебания называются свободными? Чем определяется частота их колебаний?

2. Из каких законов физики получается дифференциальное уравнение свободных колебаний в электромагнитном контуре?

3. Какие величины для механического осциллятора аналогичны i, L, C ?

2-й КОМПЛЕКТ

1. Какими двумя независимыми способами можно вызвать свободные колебания в электромагнитном контуре?

2. Напишите дифференциальное уравнение затухающих колебаний. Его решение при ω₀ > β.

3. Сколько колебаний совершится за время релаксации t = 1/β ?

3-й КОМПЛЕКТ

1. По аналогии с чем колебания в контуре в некоторых случаях называют ударными?

2. Как найти A₀ из начальных условий при малом затухании ?

3. Что такое r₀, где оно находится?

4-й КОМПЛЕКТ

1. Запишите решение дифференциального уравнения в случае критического затухания. Найдите a₁ и a₂, если q (0) = 0, i(0) = E / R.

2. Дайте определение логарифмического декремента затухания, добротности.

3. В какой системе двигателя внутреннего сгорания встречаются собственные электромагнитные колебания?

5-й КОМПЛЕКТ

1. Назовите основные параметры затухающих колебаний.

2. Проведите аналогию между пружинным маятником и электро-магнитным контуром.

3. Зачем в подвеске автомобиля применяются амортизаторы?

6-й КОМПЛЕКТ

1. Какими элементами контура определяются ω₀, β?

2. Не противоречит ли формула (17) формуле (6) для расчета логарифмического декремента затухания λ ?

3. Чему аналогична сила упругости пружины для электромагнитного контура?

7-й КОМПЛЕКТ

1. Оцените, на сколько процентов отличаются ω₀ от частоты затухающих колебаний, если добротность системы Q = 10 .

2. Что такое начальные условия? Дайте их толкование с энергетической точки зрения.

3. Как по осциллограмме, рис.10,(Г), оценить добротность контура?

8-й КОМПЛЕКТ (для тех, кто немного знает радиотехнику)

1. Зачем нужен диод в схеме ключа (рис.8) и можно ли обойтись без него (рис. 6)?

2. Почему в формуле (10) у тока i₀ стоит знак – (минус). Как это отражается на осциллограмме, рис.10,(Г)?

3. Докажите справедливость формулы (9).

9-й КОМПЛЕКТ (для тех, кто немного знает радиотехнику)

1. На схеме электронного зажигания с коммутатором, рис.18,(2), отсутствует конденсатор. Как же без него оно работает?

2. Какой вид будет иметь осциллограмма рис.9,(В), если сопротивление R очень велико?

3. Объясните работу транзистора в роли ключа (рис.6).

10-й КОМПЛЕКТ (для тех, кто немного знает радиотехнику)

1. Разберитесь в первом варианте схемы искрового зажигания. Изобразите осциллограммы напряжения на конденсаторе и тока в первичной обмотке катушке зажигания.

2. Если не известна ёмкость конденсатора в контуре, как можно было бы оценить её значение с помощью лабораторной установки?

3. Как влияет наличие сердечника на индуктивность катушки?

Лабораторную работу поставил, написал описание

и составил вопросы для самоконтроля

ст. преподаватель Афанасьев Б.Л.