Описание установки

Установка состоит из лабораторного стенда и осциллографа. Измерительная схема установки представлена на рис. I. Колебательный контур состоит из катушки, индуктивность которой равна 0,01Гн и трех конденсаторов (С₁, С₂, С₃), которые с помощью переключа­теля II поочередно включаются в контур, что позволяет изменять его частоту и период (ω₁, ω ₂, ω ₃, и Т₁, Т₂, Т₃ соответственно). Свободные колебания возбуждаются путем заряда конденсатора от выпрямителя. Трехэлектродная лампа в схеме выполняет роль ключа, который на одну половину периода переменного тока сети (S = 50Гц, Т = 0,02c) подключает контур к выпрямителю, на другую - отключает. За время второй половины периода возникают свободные затухающие колебания, которые наблюдаются на экране осциллографа.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с элементами схемы на установке и записать их параметры в протокол.

2. Собрать схему (рис. 1).

3. Получить на экране осциллографа устойчивую картину затухающих колебаний.

4. Зарисовать полученную кривую (на кальку) для трех значений емкости: С₁, С₂, С₃.

5. Измерить ии рассчитать по формулам (4) и (5) логарифмический декремент затухания и добротность контура.

6. Определить средние значения логарифмического декремента и добротности контура.

Контрольные вопросы

1. Цель работы?

2. Что такое колебательный контур?

3. Какие колебания называются свободными и затухающими?

4. Какая существует связь между параметрами контура и параметрами колебательного процесса?

5. Как работает измерительная схема?

Литература

1. Яворский Б.М. и др. Курс общей физики. Ч.П, раздел "Электромагнетизм", стр. 386-393.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Ч.П, стр. 357-365.

3. Конспект лекций.

4. Рублев Ю.В. и др. "Практикум по электричеству". 1971, стр. 240-243.

Учебное издание

Орлов Традий Васильевич

, Синюков Михаил Петрович

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ

Электричество, Магнетизм

Компьютерный набор: Камынина Л.В.

Компьютерная верстка: Шулика И.В.

Подписано в печать 28.10.02 с оригинал-макета.

Бумага офсетная №1, формат 6084 ^1/16, печать офсетная.

Усл. печ.л. 2,21 п.л., тираж 300 экз., заказ № Цена договорная.

Лицензия ЛР №021257 от 27.11.97.

Новосибирская государственная академия водного транспорта (НГАВТ), 630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в отделе оформления НГАВТ.

Емкость и индуктивность в цепи переменного тока

Цель работы: Познакомиться с цепью переменного тока.

Оборудование: Катушка индуктивности, железный стержень, миллиамперметр, регулируемый источник переменного напряжения 50Гц, магазин емкости.

I. Теоретическое введение

Конденсатор, включенный в цепь постоянного тока, имеет бесконечно большое сопротивление (разрыв цепи). Если тот же конденсатор включить в цепи переменного тока, то он будет обладать конечным сопротивлением, зависящим от емкости конденсатора и от частоты тока:

(1)

Катушка индуктивности, включенная в цепь постоянного тока, имеет очень малое сопротивление (в идеале нулевое). Если ту же катушку включить в цепь переменного тока, то она будет иметь конечное сопротивление, зависящее от индуктивности катушки и от частоты тока:

(2)

Такие сопротивления (1) и (2) у конденсатора и катушки индуктивности будут, если их подключать к источнику напряжения индивидуально:

I

L₁

C₁

B₁

U=U₀sinΩt

Ток в цепи будет определяться подобно обычному активному сопротивлению R законом Ома:

; ;

При последовательном соединении конденсаторов или катушек полное сопротивление будет суммой: х=х1+х2+…

При параллельном соединении конденсаторов или катушек будут складываться обратные величины:

L

Однако, если катушку индуктивности и конденсатор включить совместно:

I

I

L

C

U=U₀sinΩt

U=U₀sinΩt

или

C

рис.1

то они будут проявлять совершенно удивительные свойства. Ток в цепи рис.1а будет меньше, чем при отдельно включенных L и C. Это означает, что общее сопротивление параллельно соединенных L и C больше, сопротивление ХL или ХC в отдельности (как ведет себя параллельное соединение обычных активных сопротивлений?). Ток в цепи рис.1б будет больше, чем при отдельно включенных L или C. Это означает, что общее сопротивление ХL или ХC в отдельности. (Как ведет себя последовательное соединение обычных активных сопротивлений?).

Формулы для вычисления общих сопротивлений рис.1а и 1б следующие:

L и C параллельно: (3)

L и С последовательно: (4).

При совместном соединении L, С и R формулы усложняются. Из формулы (3) видно, что при определенном соотношении между L, С и Ω, а именно, при

(5)

Сопротивление Х обращается в ∞, а ток I→0, т.е. схема рис.1а при условии (5) превращается в

Из формулы (4) видно, что при условии (5) Х=0, а ток I→∞, т.е. схема рис.1б при этом условии превращается в

Эти явления называются резонансом.

Для реальной катушки индуктивности и конденсатора, т.е. когда в схеме активное сопротивление, ток, конечно, не стремится к нулю или бесконечности, а принимает минимальное или максимальное значение. Верно и обратное, т.е. если ток в схеме рис.1а при изменении параметров L, С, Ω становиться минимальным, то эти параметры связаны соотношением (5).

Аналогично для схемы рис.1б, только ток там принимает максимальное значение.