4. Вопросы для самоконтроля

1. Запишите закон Ома для участка цепи переменного тока с последовательно соединенными R , C и L и поясните смысл входящих в него величин. 2. Что понимают под полным сопротивлением цепи? 3. Почему катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току? 4. От чего зависят индуктивное и емкостное сопротивления? Чем они отличаются от активного сопротивления? 5. Запишите закон Ома для замкнутой цепи переменного тока. 6. Как Вы проверили выполнение закона Ома для переменного тока? Какие данные Вашего отчета это доказывают?

Лабораторная работа № 20 исследование резонанса напряжений

Цель работы:изучить обобщенный закон Ома, явление электрического резонанса; экспериментально исследовать резонанс напряжений.

1. Теоретическое введение

Практически всякий реальный колебательный контур обладает некоторым активным сопротивлением R. Поэтому свободные электромагнитные колебания в таком контуре постепенно затухают. Чтобы эти колебания были незатухающими, необходимо к системе извне подводить энергию, компенсирующую ее тепловые потери (в соответствии с законом Джоуля − Ленца). К контуру для осуществления в нем вынужденных колебаний подключают источник электрической энергии, ЭДС которого периодически изменяется.

Резонанс напряжений наблюдается в цепи (рис. 44), содержащей последовательно соединенные генератор ЭДС, конденсатор емкостью С, катушку индуктивности L и активное сопротивление R. Такая цепь называется последовательным колебательным контуром.

Из формулы видно, что напряжения на реактивных элементах контура при резонансе могут значительно превышать ЭДС источника (добротность Q₀радиотехнических контуров достигает значений 200−300), чем и обусловлено название «резонанс напряжений» для резонанса в последовательном контуре.

Ясно, что чем выше добротность контура, тем выше уровень полезного сигнала (при ν = ν_р). Однако колебательный контур при настройке его в резонанс должен не только осуществлять выделение полезного сигнала, но и пропускать без заметного ослабления все составляющие спектра этого сигнала. В связи с этим он должен обладать достаточно широкой полосой пропускания ∆ν = ν2 – ν1 (рис. 47), которая связана с добротностью Q₀:

(149)

Отсюда следует, что ширина полосы пропускания контура убывает с ростом добротности.

2. Описание установки и метода измерений

Экспериментальная установка, цепь которой приведена на рис. 48, включает в себя звуковой генератор ЗГ, частотомер Ч для измерения частоты генератора, магазин индуктивностей L, магазин емкостей С и магазин сопротивлений Rм. Сила тока I в контуре определяется путем измерения напряжения ламповым вольтметром V на образцовом резисторе R₀= 1 Ом и применения закона Ома (I =U / R₀).

3. Порядок выполнения работы

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

i	I,	ν,	Rм ,	νр ,	эксп Q 0	рас Q0

2. По схеме (см. рис. 48) проследите соединение приборов и устройств установки, уясните их назначение, а также приемы управления ими. Определите цену деления шкалы каждого из используемых измерительных приборов.

3. На магазинах индуктивностей, емкостей и сопротивлений установите соответственно L = 50 мкГн; С = 0,04 мкФ; Rм = 0 Ом.

4. После проверки собранной цепи преподавателем подключите используемые приборы к электросети. Частотомер настройте для непрерывного измерения частоты внешнего генератора с точностью до 0,1 кГц. Установите выходное напряжение генератора 10−12 В.

5. Плавно увеличивая частоту ν генератора, получите экспериментальную зависимость силы тока I в контуре от частоты ν, проследив за изменением I от нуля до максимального значения и от максимального значения до минимального. Силу тока в цепи изменяйте с постоянным шагом.

6. Аналогичные измерения произведите при Rм = 2 Ом.

7. Используя одну систему координат, постройте две кривых зависимости I = f(ν) (для R_м= = 0 Ом и для R_м= 2 Ом) и по ним определите резонансную частоту. Рассчитайте резонансную частоту по формулеи сравните ее с измеренной.

8. Из резонансных кривых найдите ширину полосы пропускания ∆ν контуров и их добротность по формуле. Сравните результаты с добротностью, полученной на основе расчетов по формуле. Следует учесть, что активное сопротивление цепи R=R_М+R₀+R_L+R_Г(R_L= 0,6 Ом – активное сопротивление катушки индуктивности; R_Г= 1,3 Ом – внутреннее сопротивление звукового генератора).