Эл.магнетизм_ метод.указ. к лаб
..pdf7. Определить абсолютную погрешность cos cos .
8. Результат представить в виде доверительного интервала (cos ) = (cos cos ) и относительной погрешности ε.
Контрольные вопросы
1.Объяснить возникновение сдвига фаз между током и напряжением при включении в цепь переменного тока следующих нагрузок: омическое сопротивление; конденсатор; катушка индуктивности; все три нагрузки.
2.Как строятся векторные диаграммы для вышеуказанных случаев?
3.Как определяется средняя мощность, выделяемая в цепи переменного тока?
4.Записать закон Ома для цепи переменного тока.
5.Что такое эффективное значение тока и напряжения?
6.Как зависит средняя мощность от коэффициента мощности (при какой нагрузке Wmax и Wmin )?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21. ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ
МОСТОВОЙ СХЕМЫ
Цель работы: изучение выпрямляющих свойств полупроводниковых диодов. Приборы и принадлежности: осциллограф, трансформатор, сопротивление,
конденсатор, дроссель, полупроводниковый диод.
Методика эксперимента
Как известно, выпрямление переменного тока может быть достигнуто с помощью полупроводниковых диодов. Рассмотрим схему, состоящую из источника переменного напряжения и последовательно включенных диода и сопротивления (рис. 6.5).
Полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью.
В течение одного полупериода переменного напряжения диод пропускает большой ток, а в течение второго полупериода – крайне незначительный (рис. 6.6). Таким образом, диод пропускает ток практически в одном направлении, то есть является выпрямителем.
121
S
|
I |
I |
|
||
|
|
|
R |
t |
t |
|
|
|
|
Рис. 6.5. Схема с диодом |
|
S |
I |
|
|
|
t |
O |
R |
|
|
N |
t |
|
T |
|
|
|
t |
|
|
t |
|
Рис. 6.6. График изменения выпрямленного диодами тока |
|
Такое выпрямление называется однополупериодным, а получаемый при этом ток – пульсирующим.
N
I
S
R
T
t
Рис. 6.7. Мостовая схема |
Для получения двухполупериодного выпрямления переменного тока применяются две схемы: с выводом нулевой точки у трансформатора (рис. 6.6) и мостовая схема (рис. 6.7).
122
Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух секций (см. рис. 6.6). Точка 0 является средней (нулевой). В один из полупериодов выпрямление происходит одним диодом (см. рис. 6.6), в другой период – вторым диодом.
Таким образом, через сопротивление в оба полупериода, ток течет в одном и том же направлении.
Мостовая схема выпрямления переменного тока представляет собой мост постоянного тока, в котором сопротивления заменены диодами.
В одну из диагоналей моста через трансформатор (или непосредственно) включается источник переменного тока, в другую – нагрузочное сопротивление. Легко показать, что через нагрузочное сопротивление идет выпрямленный пульсирующий ток (см. рис. 6.7)
Пульсации выпрямленного напряжения могут быть значительно уменьшены введением реактивных сопротивлений (емкость C, индуктивность L). Это достигает за счет обратимых изменений энергии, накапливаемой в реактивных сопротивлениях.
При включении параллельно нагрузочному сопротивлению R конденсатора C он заряжается. Когда питающее напряжение проходит через максимум, напряжение на конденсаторе не отличается от него, то есть Uс = Umax. Затем питающее напряжение начинает падать, конденсатор разряжается через нагрузку R. Зависимость U = f(t) для этого случая изображена на рис. 6.8.
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
R |
|
|
Ес- |
|
ли |
ин- |
|
|
|
t |
|
дуктив- |
||
ность |
|
|
|
соедине- |
|||||
|
|
|
|
||||||
на |
по- |
|
L |
|
|
|
следова- |
||
тельно |
|
|
R |
с |
сопро- |
||||
|
|
|
|||||||
тивле- |
|
|
|
|
нием |
на- |
|||
грузки |
|
|
|
U |
(дроссель |
||||
сель- |
|
L |
|
ная |
ка- |
||||
C1 |
C2 |
R |
|||||||
тушка) |
|
(рис. 6.8), |
|||||||
|
|
|
|
||||||
то |
за |
|
|
|
t |
счет |
ин- |
||
дук- |
|
Рис. 6.8. Графики зависимости напряжения |
|
тивного |
|||||
сопро- |
|
тивления |
|||||||
|
|
|
|
||||||
катушки будут ослабляться вспомогательные колебания тока в цепи. Пульсации |
|||||||||
будут сглаживаться тем заметнее, чем выше их частота. Для более совершенно- |
|||||||||
го сглаживания применяются фильтры низкой частоты, представляющие собой |
|||||||||
комбинацию емкости C, включенной параллельно нагрузке R, и индуктивности |
|||||||||
L, соединенных между собой последовательно. С помощью такого фильтра |
|||||||||
можно получить практически постоянный ток. |
|
|
|
||||||
Порядок выполнения работы
123
1.В качестве регистрирующего устройства в каждой схеме используется осциллограф. Переключение входа осциллографа с одной рабочей схемы на другую осуществляется одновременно с включением этой схемы переключателем. Осциллограф предназначен для визуального изучения графиков сетевого и выпрямленных напряжений. Настройка осциллографа осуществляется согласно отдельной инструкции.
2.Однополупериодное выпрямление. Включить установку в сеть, переключением П1 включить в схему. Включить осциллограф. Вращая ручки осциллографа «УСИЛЕНИЕ», «ЧАСТОТА», «СИНХРОНИЗАЦИЯ» добиться, чтобы на экране получилось устойчивое изображение 2-3 полупериодов синусоиды
самплитудой 15-20 мм. Соблюдая масштаб миллиметровой сетки осциллографа, зарисовать синусоиду. Включить переключателем схему 2 (П2). Получить кривую однополупериодного выпрямления. Зарисовать ее.
3.Двухполупериодное выпрямление. Включить переключателем П3 схему 3. Получить кривую двухполупериодного выпрямления. Зарисовать ее. Включить переключателем П4 схему 4. Получить кривую двухполупериодного выпрямления по схеме 4 (мостовая схема). Зарисовать ее.
4.Сглаживание пульсаций тока. Переключателем П5 включить схему 5. получить кривую выпрямленного тока, сглаженного конденсатором. Зарисовать ее. Включить переключателем П6 схему 6. Получить кривую выпрямленного тока, сглаженного при помощи дросселя. Зарисовать ее. Переключателем П7 включить схему 7. Получить кривую выпрямленного тока, сглаженного фильтром. Зарисовать ее.
5.Проанализировать и объяснить все полученные зависимости.
Контрольные вопросы
1.Нарисовать схемы однополупериодного выпрямления, двухполупериодного выпрямления. Объяснить их работу.
2.Нарисовать схемы включения сглаживающих реактивных сопротивлений и фильтров. Объяснить их работу.
124
ПРИЛОЖЕНИЕ
Основные физические постоянные (округленные значения)
Физическая постоянная |
Обозначение |
Числовое значение |
Скорость света в вакууме |
с |
3∙108 м/с |
Электрическая постоянная |
ε0 |
8,85∙10-12 Ф/м |
Магнитная постоянная |
μ0 |
4π∙10-7 Гн/м |
Элементарный заряд |
e |
1,60∙10-19 Кл |
Масса покоя электрона |
me |
9,1∙10-31 кг |
Энергия ионизации атома водорода |
Ei |
2,18∙10-18 Дж (13,6эВ) |
Атомная единица массы |
а.е.м. |
1,66∙10-27 кг |
Энергия, соответствующая 1 а.е.м. |
|
931,50 МэВ |
Масса покоя протона |
mp |
1,67∙10-27 кг |
Удельное электрическое сопротивление проводников (при t = 200 С) |
||
Проводник |
ρ, мкОм·м |
Проводник |
ρ, мкОм·м |
Алюминий |
0,028 |
Никель |
0,073 |
Вольфрам |
0,055 |
Олово |
0,12 |
Графит |
13 |
Платина |
0,10 |
Железо |
0,10 |
Свинец |
0,21 |
Золото |
0,024 |
Серебро |
0,016 |
Латунь |
0,07-0,08 |
Сталь |
0,10-0,14 |
Магний |
0,045 |
Цинк |
0,061 |
Медь |
0,017 |
Чугун |
0,5-0,8 |
Работа выхода электронов
Металл |
А, Дж |
А, эВ |
Барий |
3,8∙10-19 |
2,4 |
Вольфрам |
7,2∙10-19 |
4,5 |
Германий |
7,7∙10-19 |
4,8 |
Калий |
3,5∙10-19 |
2,2 |
Кальций |
4,5∙10-19 |
2,8 |
Литий |
3,7∙10-19 |
2,3 |
Молибден |
6,9∙10-19 |
4,3 |
Никель |
7,2∙10-19 |
4,5 |
Платина |
10∙10-19 |
6,3 |
Рубидий |
3,4∙10-19 |
2,1 |
Серебро |
7,5∙10-19 |
4,7 |
Торий |
5,4∙10-19 |
3,4 |
Цезий |
3,2∙10-19 |
2,0 |
Цинк |
6,4∙10-19 |
4,0 |
125
Греческий алфавит
Обозначение |
Название букв |
Обозначение |
Название букв |
букв |
|
букв |
|
Α, α |
альфа |
Ν, ν |
ню |
Β, β |
бета |
Ξ, ξ |
кси |
Γ, γ |
гамма |
Ο, ο |
омикрон |
Δ, δ |
дельта |
Π, π |
пи |
Ε, ε |
эпсилон |
Ρ, ρ |
ро |
Ζ, ζ |
дзета |
Σ, σ |
сигма |
Η, η |
эта |
Τ, τ |
тау |
Θ, θ |
тэта |
Υ, υ |
ипсилон |
Ι, ι |
йота |
Φ, φ |
фи |
Κ, κ |
каппа |
Χ, χ |
хи |
Λ, λ |
ламбда |
Ψ, ψ |
пси |
Μ, μ |
мю |
Ω, ω |
омега |
Множители и приставки
Приставка |
Множи- |
Приставка |
Множи- |
||
Наименова- |
Обозначе- |
тель |
Наименова- |
Обозначе- |
тель |
ние |
ние |
|
ние |
ние |
|
экса |
Э |
1018 |
деци |
д |
10-1 |
пета |
П |
1015 |
санти |
с |
10-2 |
тера |
Т |
1012 |
милли |
м |
10-3 |
гига |
Г |
109 |
микро |
мк |
10-6 |
мега |
М |
106 |
нано |
н |
10-9 |
кило |
к |
103 |
пико |
п |
10-12 |
гекто |
г |
102 |
фемто |
ф |
10-15 |
дека |
да |
101 |
атто |
а |
10-18 |
126
Учебное издание
Кузнецова Светлана Юрьевна Шигорова Татьяна Алексеевна Ващенко Александр Валентинович Чувашов Николай Федорович
и др.
Электричество и магнетизм
Методические указания
Издается в авторской редакции
Подписано в печать 10.10.2008. Формат 61 х 84 / 16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 16,0. Уч.-изд. л. 16,25. Тираж 500 экз. Зак. 43. Поз. Плана 6.
ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет,
664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
127