ФИЗИКА_1 / 2 / Л_Р_236

Рисунок 1

миттєве значення сили струму

I = = Isin wt,

де e та I— амплітудні (максимальні) значення ЕРС та сили струму;

w — циклічна частота;

t — час.

Фаза wt ЕРС та струму однакова, тобто напруга й струм одночасно досягають максимальних значень і одночасно стають рівними нулю.

Рисунок 2

індуктивністю L та нескінченно малим омічним опором (r = 0).

Змінна ЕРС зумовлює виникнення змінного струму I = Isin wt. Згідно

із законом Ленца змінний струм збуджує ЕРС самоіндукції e = -L .

Отже, в колі будуть діяти дві ЕРС. За другим законом Кірхгофа e + e= 0,

або e = -e. Тобто при проходженні

в такому колі змінного струму ЕРС

Рисунок 3

Якщо в коло змінного струму ввімкнено конденсатор ємністю С, то заряд на його обкладках дорівнює q = CU, а напруга U між обкладками за відсутності омічного опору дорівнює ЕРС, тобто

q = Ce = Сesіn wt

Визначимо струм:

І = = = wCecos wt =w С esin(wt +).

Амплітудне значення сили струму I= w С e, або

I= , де = - ємнісний опір.

Із порівняння I = Isin(wt +) та e = esіn wt бачимо, що струм випереджає ЕРС за фазою на . Причина цього така:

напруга на конденсаторі в будь-який момент часу визначається зарядом на обкладках у цей момент. А цей заряд був утворений струмом, який протікав на більш ранній стадії коливань, тому коливання напруги запізнюються порівняно з коливаннями струму. Так, якщо в момент t = 0 струм дорівнює нулю, то на конденсаторі ще є заряд, перенесений струмом у попередній проміжок часу, і напруга не дорівнює нулеві. Для зменшення заряду до нуля необхідно, щоб деякий час t протікав струм, тому в той момент, коли заряд стане рівним нулю, струм нулю не дорівнюватиме.

Коло, яке містить активний, індуктивний та ємнісний опори, з'єднані послідовно (рис.4).

Рисунок 4

Нехай у такому колі протікає синусоїдальний струм I = Isin wt.

На кожному з опорів відбувається падіння напруги U, U, U. При змінному струмі ЕРС у замкненому контурі дорівнює векторній сумі падінь напруги

.

Для визначення ЕРС побудуємо векторну діаграму. Оскільки на індуктивному опорі ЕРС випереджає струм на , а на ємнісному опорі ЕРС відстає від струму на , то кут між векторами та дорівнює p, тобто вони напрямлені в протилежні сторони вздовж однієї прямої. Тому їх можна додати з урахуванням знака, а відрізок ОВ = U-U дасть результуючий вектор. Вектор напруги на активному опорі збігається по фазі зі струмом і напрямлений горизонтально. З трикутника ОАД можна знайти величину вектора ОА = e

e= .

Звідси

I = = .

Ця формула називається законом Ома для змінного струму. Величину

Z = називають повним опором кола змінного струму.

З D ОАД знаходимо соs j = = , де j - зсув фаз між струмом і напругою.

Треба мати на увазі, що електровимірювальні прилади реєструють не амплітудні значення сили струму I та напруги U, а їх ефективні значення

I і U. Ефективним або діючим значенням змінного струму називають таке значення сталого струму, при проходженні якого виділяється така ж кількість теплоти, як і при змінному, за той же проміжок часу.

I = ; U = .

Опис установки

Вимірювальна установка виконана у вигляді окремого блока, який живиться від змінної напруги 220 В. У середині блока міститься магазин трьох індуктивностей L, п'яти активних опорів Rта п'яти ємностей С, клеми від яких виведено на верхню панель блока, а вмикання відповідного вимірюваного елемента здійснюється відповідними перемикачами. На передній панелі блока міститься тумблер для перемикання живлення схеми - сталим або змінним струмом.

Сталий струм використовують тільки для вимірювання омічних опорів. Там же містяться клеми для підключення вольтметра та амперметра. Оскільки при проходженні струму через котушку й опір вони нагріваються, що призводить до зміни їх опорів, то кола з L і Rу нормальному положенні розімкнені. Замикання кола здійснюється за допомогою кнопки.

"Измерение" на лицевій панелі блока

Пам'ятайте, що кнопку слід тримати ввімкненою тільки на час, необхідний для зняття показів !

Порядок виконання роботи

Завдання 1. Визначення активного опору

1. Одержати у викладача завдання на вимірювані параметри R, L, С.

2. Поставити тумблер перемикання виду живлення в положення "Сталий струм" та зібрати схему згідно з рис.1.

3. Ввімкнути установку та виміряти значення сили струму I та напруги U при трьох положеннях повзунка реостата. Результати вимірювань записати в таблицю 1.

4. Обчислити опір за формулою R = та визначити його середнє значення.

Таблиця 1

№

п/п

І, А

U, В

R, Ом

1

2

3

Сер.

-

-