460. Колебания и волны

21

Рис. 14 На рис.14 показана передняя панель осциллографаС1-117 и

расположение на ней основных регулировок.

5.3.2. Соберите схему согласно рис.13. Выберите в магазине конденсатор с ёмкостью порядка0,05 мкФ (потом его значение можно изменить). Добавочное сопротивление сначала выбирается равным нулю. В этом случае затухание в основном определяется

прогреться 5…10 минут.

5.3.3. Ручку норм. измерение канала А поставьте в положение

вертикали - добейтесь получения осциллограммы, изображённой на рис. 9,(В) или рис.10,(Г). Число полных периодов должно быть порядка 8…10 ; (на рис.10 оно меньше, для наглядности).

5.3.4. Ручку норм. измерение канала А поставьте в положение измерение. Ручку T, V поставьте в положение Т. Ручками метки I, II добейтесь заметной подсветки целого числа периодовN = 4…6. Считайте показания цифрового табло t (мс, мкс). Тогда период

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

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 ёмкостиC 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

24

Рис. 16

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

График зависимости I/Im от t/tL, где Im = E/R - максимальный ток, а tL = 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).

26

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?

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

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 ?

27

3. Чему аналогична сила упругости пружины для электромагнитного контура?

7-й КОМПЛЕКТ

1. Оцените, на сколько процентов отличаются ωот частоты

0

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 .9,(рисВ), 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.

происходящие с частотой вынуждающей ЭДСω . Амплитуду вынужденных колебаний и сдвиг фаз φ между колебаниями заряда и вынуждающей ЭДС можно найти методом векторных диаграмм(см. литературу).

Зависимости qo(ω) и φ (ω) называются амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристиками и имеют вид

где Q – добротность контура.

2.3. Проанализируем поведение АЧХ в области резонансной частоты при малом затухании. Здесь можно считать ω ≈ ω0 , тогда

(w 2 - w02 ) 2 = (w + w0 ) 2 (w - w0 ) 2 ЎЦ4w02 (w - w0 ) 2 .

Подставляя это выражение в формулу (5), получим