4. Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции? 2. Каковы могут быть причины изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную контуром? 3. Закон Фарадея. Правило Ленца. Токи Фуко. 4. Механизмы возникновения ЭДС индукции. 5. В чем заключается явление самоиндукции? Взаимной индукции? 6. Что такое индуктивность?

Лабораторная работа № 19

ПРОВЕРКА ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы:изучить и опытным путем проверить выполнение закона Ома для цепи переменного тока.

1.Теоретическое введение

Рассмотрим участок цепи переменного тока, состоящий из последовательно соединенных активного сопротивления R, катушки индуктивности L и конденсатора емкостью С (рис. 39).

На этот участок цепи подается гармонически изменяющееся со временем напряжение

(127)

где u – мгновенное значение напряжения; U_m– максимальное (амплитудное) значение напряжения; ω – циклическая частота. Вследствие этого в цепи течет переменной электрический ток, сила которого меняется по закону

(128)

где i – мгновенное значение силы тока; I_m– максимальное (амплитудное) значение силы тока;ϕ– разность (сдвиг) фаз между током и напряжением.

Амплитуда силы тока I_тпрямо пропорциональна амплитуде напряжения U_m:

(129)

а разность фаз ϕмежду силой тока и напряжением зависит от частоты ω и параметров цепи R, C, L:

(130)

Аналогичное соотношение справедливо и для действующих значений тока I и напряжения , то есть

I = U / Z. (131)

Уравнения (129) и (131) выражают закон Ома для участка цепи переменного тока. Величину

(132)

называют полным сопротивлением цепи.

Формулы (128–132) справедливы и для замкнутой цепи переменного тока, включающей в себя генератор (рис. 39), если заменить в соответствующих уравнениях U на ЭДС генератора ε.

2. Описание установки и метода измерений

В электрической цепи, изображенной на рис. 43, катушка с неизвестной индуктивностью L и активным сопротивлением RL, измеряемая электроемкость С, миллиамперметр mА и реостат R соединены последовательно (рис. 43). Разность потенциалов на C и L измеряется вольтметром V, а ток миллиамперметром mА. На эту цепь можно подать постоянное напряжение от батареи аккумуляторов Б или переменное напряжение от выводов вторичной обмотки понижающего трансформатора Тр. Подключение источников электроэнергии осуществляется с помощью переключателя ПК.

Так как первичная обмотка Тр подключена к сети, то используемая частота переменного тока ν = 50 Гц (циклическая частота ω = 2πν = 314 с⁻¹). При подключении батареи Б вольтметр и миллиамперметр измеряют соответственно постоянные напряжение U₀и силу тока I₀. В случае подсоединения Тр приборы измеряют действующие (эффективные) значения этих величин (U и I). С помощью тумблеров К и П можно включить (выключить) в цепи отдельно или вместе L и С.

3. Порядок выполнения работы

Задание 1 .Измерение индуктивности L катушки.

1. Результаты измерений и расчетов, а также единицы измерения величин заносите в таблицу.

Катушка	На постоянном токе				На переменном токе
Без сер- деч- ника	U0,	I0,	RL ,	RLср ,	U,	I,	Z,	Zср ,	Lср ,
С сер- деч-ником

2. По схеме (см. рис. 43) проследите соединение приборов и устройств, уясните их назначение и приемы управления ими. Определите цену деления шкалы каждого из используемых измерительных приборов.

3. Переключатели П и К поставьте в положение «L». Так будет образована цепь, состоящая только из катушки индуктивности L. Сопротивление R реостата полностью введите. С разрешения преподавателя при помощи ПК замкните цепь на батарею аккумуляторов (постоянный ток).

4. Изменяя сопротивление реостата R (положение движка реостата), снимите показания U0 и I0 не менее трех раз. Аналогичные измерения проделайте при наличии сердечника в катушке. Убедитесь, что наличие (отсутствие) сердечника в катушке не влияет на показания измерительных приборов.

5. Переключите ПК на переменный ток от ТР и выполните аналогичные измерения сначала без сердечника в катушке, а затем с сердечником. Снимите показания U и I при трех различных положениях движка реостата R.

6. Рассчитайте активное RL и полное Z сопротивления катушки ( 00 IURL = ; IUZ = ). Используя соотношение (134) и средние значения RLср и Zср , найдите средние значения

индуктивности Lср катушки без сердечника и с сердечником.

Задание 2 .Измерение электроемкости С конденсатора.

1. Результаты измерений и расчетов, а также единицы измерения величин заносите в таблицу.

i	U,	I,	XC ,	ХС ср ,	Cср ,

2. Переключатели П и К поставьте в положение «С». Таким способом будет образована цепь, состоящая только из одного конденсатора. Замкнув цепь с помощью ПК на источник переменного тока и изменяя сопротивление реостата, выполните не менее трех измерений силы тока I и напряжения U при разных положениях движка реостата.

3. Рассчитайте Х_Спо формуле Х_С= U / I и определите Х_Сср. По формулеопределите среднее значение емкости конденсатора.

Задание 3 . Проверка закона Ома для переменного тока.

1. Результаты измерений и расчетов, а также единицы измерения величин заносите в таблицу.

i	U,	I,	Z ,	эксп. Z ср.	Rср ,	Lср ,	Cср ,	рас. Z ср

2. Соберите цепь из последовательно соединенных конденсатора емкостью С, катушки индуктивности L и активного сопротивления RL. Для этого переключатель П поставьте в положение «L», а переключатель К в положение «С» (в катушку сердечник не вводите).

3. Подсоедините цепь к источнику переменного тока и, изменяя сопротивление реостата, выполните не менее пяти измерений силы тока I и напряжения U. Определите Z (Z =U/I ) и Zср .

4. Постройте график зависимости I = f (U). Убедитесь в выполнении закона Ома для цепи переменного тока (экспериментальная зависимость между током и напряжением должна быть линейной).

5. Рассчитайте полное сопротивление цепи по формуле, используя данные Rср , Lср , Cср из заданий 1 и 2.

Сравните полученные значения и.