- •Оглавление
- •Введение
- •Условные обозначения в электрических схемах
- •Инструкция № 40
- •Общие положения
- •Правила поведения и обязанности студентов при выполнении лабораторных работ в учебных лабораториях кафедры
- •Подготовка к лабораторной работе
- •Порядок допуска к выполнению лабораторной работы
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Форма представления результата
- •Форма представления результата
- •Построение графиков
- •Пример построения графика
- •График зависимости длины стержня от растягивающей нагрузки
- •1. Электростатическое поле
- •1.1. Напряженность электрического поля
- •1.2. Потенциал
- •1.3. Связь между напряженностью и потенциалом
- •1.4. Линии напряженности и поверхности равного потенциала
- •1.5. Проводники в электростатическом поле
- •1.6. Электроемкость
- •1.7. Диэлектрики в электростатическом поле
- •Лабораторная работа №1 изучение электростатического поля
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •1. Дно ванны заполните водой.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 изучение электроемкости конденсаторов
- •Методика и техника эксперимента
- •Задание 1. Определение баллистической постоянной
- •Задание 2. Определение емкостей исследуемых конденсаторов
- •Задание 4. Измерение емкости последовательно соединенных конденсаторов
- •Контрольные вопросы
- •II. Постоянный электрический ток
- •2.1. Электрический ток, его характеристики и условия существования
- •2.2. Закон Ома в дифференциальной форме с точки зрения классической теории проводимости металлов (ктпм)
- •2.3. Обобщенный закон Ома
- •2.4. Закон Джоуля-Ленца
- •2.5. Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа
- •Лабораторная работа №3 исследование цепи постоянного тока
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 экспериментальное изучение правил кирхгофа
- •Методика и техника эксперимента
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Вариант 1
- •I. Определение сопротивления r1
- •II. Определение сопротивления r2.
- •IV. Определение общего сопротивления при параллельном соединении сопротивлений r1 и r2
- •Вариант 2
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Измерения и вычисления для схемы 1
- •Измерения и вычисления для схемы 2
- •Справочные данные и параметры установки
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 изучение температурной зависимости сопротивления проводников
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •III. Электрический ток в вакууме
- •Лабораторная работа №9. Определение работы выхода электрона из металла
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №10. Изучение работы трехэлектродной лампы
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •IV. Постоянное магнитное поле
- •4.1. Магнитное поле и его характеристики. Закон Ампера.
- •(Нерелятивистский случай)
- •4 .3. Закон Био-Савара-Лапласа
- •4.4. Индукция магнитного поля соленоида
- •4.5. Магнитный поток
- •4.6. Действие магнитного поля на заряды
- •4.7. Электромагнитная индукция
- •V. Магнитное поле в веществе
- •5.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •5.3. Намагниченность
- •5.4. Магнитное поле в веществе
- •5.5. Ферромагнетики
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13. Определение удельного заряда электрона
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14. Изучение явления взаимной индукции
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15. Определение индуктивности катушки с помощью моста максвелла
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 16. Изучение работы трансформатора переменного тока
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 17. Изучение гистерезиса ферромагнитных материалов
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •VI. Электромагнитные колебания
- •6.1. Колебательный контур
- •6.2. Затухающие колебания
- •6.3. Вынужденные колебания
- •6.4. Резонанс
- •Лабораторная работа № 18. Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 19. Изучение вынужденных колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 20. Измерение мощности переменного тока и сдвиг фаз между током и напряжением
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 21. Выпрямление переменного тока с помощью мостовой схемы
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Приложение Основные физические постоянные (округленные значения)
- •Работа выхода электронов
- •Греческий алфавит
- •Множители и приставки
- •Электричество и магнетизм
- •664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Контрольные вопросы
1. Что такое индуктивность и от чего она зависит?
2. Что такое колебательный контур?
3. Запишите правила Кирхгоффа.
4. Что такое явление электромагнитной индукции?
5. Запишите уравнение электрического колебания?
6. Какие колебания являются затухающими?
7. Какова причина затухания колебаний?
8. Выведите уравнение затухающих колебаний?
9. Что называется логарифмическим декрементом затухания?
10. Чему равен коэффициент затухания?
11. Дать определение частоты, периода, амплитуды колебаний.
12. Объяснить характер зависимости затухания колебаний от сопротивления колебательного контура R.
13. Как можно компенсировать расход энергий в колебательном контуре?
14. Какое влияние оказывает индуктивность колебательного контура на коэффициент затухания?
Лабораторная работа № 19. Изучение вынужденных колебаний в колебательном контуре
Цель работы: изучение явления резонанса в колебательном контуре; определение добротности контура.
Приборы и принадлежности: колебательный контур, звуковой генератор ЗГ, цифровой вольтметр.
Методика и техника эксперимента
В данной работе рассматриваются вынужденные электромагнитные колебания, возникающие в колебательном контуре под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС.
Э ДС источника, подключенного к колебательному контуру, изменяется по гармоническому закону: ε = ε0 cosωt. (6.12)
Выведем уравнение вынужденных колебаний, возникающих в колебательном контуре, состоящем из последовательно соединенных конденсатора С и катушки индуктивности L, подключенных к источнику ЭДС.
Полагая, что мгновенные значения тока в контуре и напряжений на обкладках конденсатора Uс и катушки индуктивности UL удовлетворяют законам, установленным для цепей постоянного тока, применим к колебательному контуру второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом контуре:
I·R + Uс= εL + ε. (6.13)
Так как: UС = – падение напряжения на обкладках конденсатора;
εL = – L – ЭДС самоиндукции;
ε = ε0 sinωt – внешняя ЭДС,
уравнение (6.13) примет вид:
+ I·R + L = ε0 sinωt. (6.14)
Изменения тока I и напряжения U с течением времени должны происходить с той же частотой ω, с какой изменяется внешняя ЭДС, однако фаза колебаний этих величин может отличаться от фазы колебаний ЭДС.
Продифференцируем уравнение (6.14) по времени и разделим на величину L. В результате получим уравнение вынужденных колебаний:
+ + t. (6.15)
Решение этого уравнения будет иметь вид:
I = I0 sin (ωt – φ). (6.16)
Соответствующие расчеты приводят к следующим значениям для амплитуды тока и разности фаз между током и внешней ЭДС:
I0 = – амплитуда тока, (6.17)
tg φ = – разность фаз между током I и ε. (6.18).
Таким образом, амплитуда тока в контуре зависит от сопротивления контура R и соотношения между параметрами контура L, С и частотой изменения внешней ЭДС ω.
При постоянном омическом сопротивлении контура R можно получить максимальную амплитуду тока, если:
ωL = или ω = , (6.19)
тогда:
I0 = ; tgφ = 0; φ = 0. (6.20)
Условие ω = означает, что частота изменения внешней ЭДС равна частоте собственных колебаний контура ω = ω0.
Р авенство частоты изменения внешней ЭДС и частоты собственных колебаний контура называют условием электрического резонанса. При этом, амплитуда силы тока I0 в контуре достигает максимального значения. Графически зависимость амплитуды тока I0 от соотношения частот вынужденных колебаний ω и собственных колебаний ω0 имеет вид:
Таким образом, величина максимума амплитуды тока зависит от величины активного сопротивления контура R.
Колебательный контур часто характеризуют его добротностью – это величина, равная произведению 2π на отношение энергии колебательной системы в любой момент времени t к убыли этой энергии за промежуток времени, равный периоду колебаний T.
В случае слабого затухания колебаний, добротность контура равна:
Q = . (6.21)
Экспериментальная установка, используемая в данной работе показана ниже
Колебательный контур состоит из катушки индуктивности L, магазина емкости С, переменного сопротивления R и сопротивления R1, а так же звукового генератора ЗГ.
Порядок выполнения работы
Ознакомиться со схемой установки.
Включить установку.
Установить на магазине сопротивлений значение R = 5 Ом.
При помощи регулятора частоты изменяйте частоту ν от величины:
ν = 40· 102 Гц до ν = 140 · 102 Гц с интервалом, указанном в таблице.
Определить соответствующие значения напряжения Uэф по шкале цифрового вольтметра.
Т а б л и ц а 6.2
ν · 102, Гц |
R= 5 Ом |
R = 5 · 102 Ом |
R = 3 · 103 Ом |
|||
Гц |
Uэф, В |
I0, А |
Uэф, В |
I0, А |
Uэф, В |
I0, А |
40 |
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
Произвеcти аналогичные измерения при сопротивлениях контура R=5·102 Ом и R = 3· 103 Ом.
Результаты измерений записать в таблицу 6.2.
Рассчитать амплитуды токов в контуре по формуле:
I0 = = , где R1 = 75 Ом
9. Полученные результаты записать в таблицу 6.2.
10. Построить графики зависимости I0 от ν для трех сопротивлений контура.
11. Рассчитать значения добротности контура при разных сопротивлениях по формуле (6.21), учитывая, что L = 0,1 Гн; С = 3 · 10-9 Ф.