- •Лабораторна робота № 45 визначення індукції магнітного поля за допомогою терезів ампера
- •1. Магнітне поле. Індукція магнітного поля . Силові лінії магнітного поля. Потік вектора індукції магнітного поля (магнітний потік).
- •2. Дія магнітного поля на провідник з струмом. Сила ампера
- •3. Терези ампера та методика визначення індукції магнітного поля
- •4. Послідовність виконання роботи
- •5. Обробка експериментальних даних
- •Лабораторна робота № 46 визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля землі
- •1. Магнітне поле та його характеристики
- •2. Елементи земного магнетизму
- •3. Методика експериментального визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля землі
- •4. Послідовність виконання роботи
- •Лабораторна робота №47. Визначення питомого заряду електрона
- •1. Магнітне поле. Дія магнітного поля на рухомий заряд. Сила лоренца
- •2. Рух заряджених частинок в магнітному полі.
- •3. Практичне значення руху заряджених частинок в магнітному полі
- •4. Методика експериментального визначененя питомого заряду електрона
- •5. Послідовність виконання роботи
- •Лабораторна робота №49 визначення точки кюрі феромагнетиків
- •2. Діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики
- •3. Природа феромагнетизму
- •4. Точка кюрі для феромагнетиків. Фазовий перехід іі роду
- •5. Експериментальне визначення точки кюрі феромагнетиків
- •6. Послідовність виконання роботи.
- •3. Природа феромагнетизму. Намагніченість феромагнетиків. Крива намагнічення
- •4. Магнітний гістерезис. Петля гістерезису
- •5. Методика експериментального методу зняття петлі гістерезису за допомогою осцилографа
- •6. Послідовність виконання роботи
- •7. Розрахунок залишкового намагнічення та коерцитивної сили досліджуваного феромагнетика
- •8. Додаткове завдання: визначення магнітної проникності досліджуваного феромагнетика
- •9. Застосування феромагнітних матеріалів
- •Лабораторна робота № 53 вивчення роботи релаксаційного генератора
- •1. Поняття про релаксаційні коливання.
- •2. Струм в газах. Види газових розрядів.
- •3. Релаксаційний генератор на неоновій лампі.
- •4. Принцип експериментального методу.
- •5. Оцінка похибок експерименту.
- •6. Послідовність виконання роботи.
- •7. Додаткове завдання 1.
- •8. Додаткове завдання 2.
- •Лабораторна робота № 54 визначення індуктивності соленоїда та ємності конденсатора методом вимірювання їх реактивних опорів у колі змінного струму
- •1. Змінний електричний струм
- •2. Активний опір в колі змінного струму
- •4. Індуктивність у колі змінного струму
- •5. Активний опір, індуктивність та ємність у колі змінного струму
- •6. Принцип експериментального визначення ємності конденсатора методом вимірювання його реактивного опору.
- •7. Визначення індуктивності соленоїда
- •8. Похибки методу
- •9. Послідовність виконання роботи
- •9. Приклади технічного застосування індуктивного та ємнісного опорів.
- •10. Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 55 вивчення резонансу в електричному коливальному контурі
- •1. Електричний коливальний контур. Вільні незатухаючі коливання
- •2. Вільні затухаючі коливання в контурі
- •3. Вимушені коливання в контурі. Явище резонансу
- •4. Послідовність виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 60 визначення довжини електромагнітної хвилі за допомогою двопровідної лінії
- •1. Основи теорії максвелла
- •2. Електромагнітні хвилі.
- •3. Стояча електромагнітна хвиля.
- •4. Експериментальне дослідження стоячих електромагнітних хвиль.
- •5. Послідовність виконання лабораторної роботи.
- •6 .Випромінювання і прийом електромагнітних хвиль. Передача інформації за допомогою електромагнітних хвиль.
- •Контрольні питання.
- •Перелік використаних джерел
3. Вимушені коливання в контурі. Явище резонансу
Якщо в електричному коливальному контурі буде діяти зовнішня змінна напруга, то в контурі під дією цієї напруги встановлюється вимушені коливання. На рис.55.6 джерело зовнішньої змінної напруги вказано символом (генератор).
Нехай зовнішня напруга U змінюється з часом за законом
, (55.16)
де Umax -амплітудне (максимальне) значення напруги, -циклічна частота даної напруги (частота генератора). Тоді другий закон Кірхгофа для даного контуру прийме вигляд (55.17), тобто до лівої частини рівняння (55.10) ще додається зовнішня змінна напруга U.
Розв'язавши таке неоднорідне диференційне рівняння, отримаємо, що вимушені коливання в електричному коливальному контурі будуть відбуватись з частотою , а амплітудне значення сили струму вимушених коливань буде рівним (55.18)
(55.17).
(55.18)
Отримана залежність (55.18) аналогічна закону Ома, де роль опору грає величина (55.19), яка називається повним опором електричного кола змінного струму або імпедансом.Повний опір складається з активного (омічного) опоруR ,індуктивного опоруRL=L та ємнісного опору .
При RL = RCсила струму в контурі досягає максимального значення. Можна довести, що ця рівність виконується за умови: частота зовнішньої напруги співпадає з частотою0власних коливань контуру.
Явище різкого зростання амплітуди сили струму в коливальному контурі при наближенні частоти вимушуючої напруги до частоти0власних коливань контуру називається явищемрезонансу в електричному колі (коливальному контурі).
На рис. 55.7 наведені залежності амплітудного значення сили струму в контурі від частоти зовнішньої (вимушуючої) напруги при різних значеннях активного опору контуру. Такі залежності називаютьсярезонансними кривими. 3 зменшенням активного опору резонансні криві стають все більш "гострішими". Для визначення гостроти резонансної кривої задають однакове для всіх кривих зменшення сили струму або I = 0,7Iрез . Чим гостріша резонансна крива, тим менший інтервал частот біля резонансної частоти 0, на кінцях якого виконується задана умова I = 0,7Iрез (рис.55.8).
Відношення характеризує відносну ширину резонансної кривої, а величинаQ(55.20), обернена відносній ширині резонансної кривої називаєтьсядобротністюконтуру. Як показують окремі розрахунки, добротність контуру визначається через його електричні параметри співвідношенням (55.21).
,(55.20)
, (55.21)
Можна довести, що добротність контуру дорівнює помноженому на 2 відношенню повної енергії електромагнітних коливань у контурі до енергії, яка витрачається на тепло Ленца-Джоуля за час одного повного коливання.
4. Послідовність виконання роботи
На лабораторному стенді розташовані всі прилади та елементи коливального контуру, необхідні для вивчення явища електричного резонансу.
У даній роботі дослідження резонансу в контурі проводиться при різних конденсаторах, ємності яких вказані на лабораторному стенді. Для зняття резонансних кривих при різних активних опорах контуру служить магазин опору. Струм у контурі вимірюється міліамперметром. Джерелом зовнішньої змінної напруги є генератор з регульованою частотою від 20 до 20000 Гц, значення вихідної частоти відраховується по відповідній шкалі генератора.
1. При вимкненому генераторі зібрати електричне коло згідно рис.55.9. В контур ввести один з конденсаторів, наприкладC1 .Магазином опорівМОвстановити опірR1. Значення цього опору та значення наступних більших опорів вказує викладач. Перед виконанням роботи ручка "вихід генератора" повинна бути встановлена на мінімальну вихідну напругу.
2. Ввімкнути генератор i при незначній вихідній напрузі, обертаючи ручку "частота" генератора, домогтись явища резонансу, тобто знайти таку частоту генератора, при якій міліамперметр в колі контуру зафіксує найбільше значення сили струму. При даній резонансній частоті збільшити вихідну напругу генератора, так, щоб стрілка міліамперметра відхилилась майже на всю шкалу. Після чого вже не змінюючи вихідної напруги, повернутись до найменшої частоти генератора i зняти резонансну криву даного коливального контуру. Для цього, змінюючи частоту генератора через 10 або 20 Гц (можливий інший інтервал), в таблицю занести відповідні покази міліамперметра.
3. При тому ж самому значенні вихідної напруги генератора зняти резонансні криві при інших (більших) опорах R2 , R3контуру. Дані занести в таблицю.
4. Згідно пунктів 1, 2, 3 послідовності виконання роботи, зняти резонансні криві для контуру з конденсатором C2.Експериментальні дані занести в таблицю 55.1.
Таблиця 55.1
Частота генератора , Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Опір, Ом |
Струм, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1= |
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2= |
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3= |
I3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Завдання 1. Побудова резонансних кривих.
За експериментальними даними на двох окремих графіках побудувати резонансні криві для коливальних контурів з конденсаторами С1 іС2.На одному графіку зобразити три резонансні криві, які відповідають опорамR1, R2 і R3(див.рис.55.7). 3 резонансних кривих визначити резонансні частоти контурів.
Завдання 2. Визначення інтенсивності контура.
За формулою (55.22), яку потрібно вивести з формули (55.7), підрахувати індуктивність контуру. В формулу (55.22) підставити значення резонансної частоти резта відповідну ємність конденсатора, при якій зафіксований резонанс у контурі.
, (55.22)
Додаткове завдання. Визначення добротності контура.
а) за формулою (55.21) підрахувати добротність контурів при всіх значеннях опорів та ємностей конденсаторів С1іС2;
б) визначити відносну ширину кожної резонансної кривої i за формулою (55.20) підрахувати добротність контурів, співставивши отримані значення з результатами, які були визначені за формулою (55.21);
в) оцінити похибки експерименту.