- •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. Какие виды колебательных процессов вам известны?
2. Что такое колебательный контур?
3. Запишите правила Кирхгоффа.
4. Что такое явление электромагнитной индукции?
4. Какие колебания называются собственными, вынужденными?
5. Запишите уравнение вынужденных электромагнитных колебаний?
6. Какова причина затухания колебаний?
7. Что называется логарифмическим декрементом затухания?
8. Чему равен коэффициент затухания?
9. Объяснить характер зависимости затухания колебаний от сопротивления колебательного контура.
10. Какое влияние оказывает индуктивность колебательного контура на коэффициент затухания?
11. Что называется резонансом?
12. Что такое добротность колебательного контура? Чему она равна?
12. Что такое добротность колебательного контура? Чему она равна?
Лабораторная работа № 20. Измерение мощности переменного тока и сдвиг фаз между током и напряжением
Цель работы: измерение мощности переменного тока, исследование зависимости средней мощности W в различных цепях переменного тока.
Приборы и принадлежности: переносной измерительный комплект типа К-50, смонтированная панель, латр.
Методика эксперимента
Как известно из теории переменного тока, средняя мощность на участке цепи выражается так:
W = · cos φ, (6.22)
где и – эффективные значения силы тока и напряжения на участке цепи; φ– угол сдвига фаз между током и напряжением.
Если , , экспериментально определены, то cosφ может быть вычислен из соотношения (6.22). Измерение величин и производится непосредственно соответствующими измерительными приборами. Среднее значение мощности может быть измерено при помощи ваттметра.
С уществует ряд конструкций ваттметров. Ниже приводится описание ваттметра электродинамической системы.
Ваттметр рис. 6.2 состоит из двух катушек: неподвижной и подвижной (вращающейся). Неподвижная катушка с малым сопротивлением включается в цепь последовательно с тем участком рис. 6.3, в котором надо произвести измерение мощности. Подвижная катушка с большим сопротивлением включается параллельно исследуемому участку цепи. Если по катушке L1 и по исследуемому участку цепи течет ток
,
где – амплитудное значение тока (А); ω – циклическая частота ( ); t – время (с), то ток в катушке пропорционален разности потенциалов этого участка. Эта разность потенциалов в общем случае не в фазе с током и, следовательно, может быть записана в виде
.
Если считать, что катушка имеет омическое сопротивление R, то согласно закону Ома, ток в катушке будет:
.
Из взаимодействия проводников, с токами (рис. 6.2), следует, что мгновенное значение вращательного момента электрических сил, приложенных к подвижной рамке ваттметра, будет
,
где K – коэффициент пропорциональности.
Из этой формулы видно, что М есть функция времени. Вращающаяся система ваттметра обладает большим периодом и значительным затуханием. Ее устойчивое отклонение от положения равновесия при прохождении тока через рамку определяется равенством момента сил пружинок и среднего значения момента электродинамических сил .
Подставив значение момента М и произведя интегрирование, будем иметь:
где А – коэффициент пропорциональности.
Таким образом, среднее за период значение момента, определяющее угол поворота подвижной рамки, пропорционально средней мощности W, развиваемой переменным током в том участке цепи, к которому подключен ваттметр
.
Порядок выполнения работы
1 . Перед измерением тщательно ознакомиться с переносным измерительным комплектом типа К-50. Он предназначен для измерения силы тока, напряжения и мощности однофазных и трехфазных трехпроводных и четырехпроводных цепей переменного тока при равномерной и неравномерной нагрузке фаз. Измерительный комплект имеет постоянно смонтированную схему рис. 6.4.
На одной панели смонтированы приборы – амперметр P1, вольтметр P2 и однофазный ваттметр P3 со встроенным трансформатором тока до 50А и добавочными сопротивлениями, переключатели и зажимы для подключения электрических цепей.
2. К зажимам измерительного комплекта, обозначенными буквами А и О, присоединяются с одной стороны (левой) источник переменного тока (сеть)
через латр, с другой стороны (правой) к клеммам А и О поочередно комбинации нагрузок, изображенных на рис. 4.
Схема комплекта смонтирована таким образом, что при указанном способе включения приборы комплекта будут показывать в исследуемой цепи значения , , .
3. Составить характеристики амперметра, вольтметра и ваттметра.
4. При каждой нагрузке отмечают значения , , по приборам комплекта. При этом переключатели пределов измерения тока и напряжения установить соответственно на 5А и 150В. Каждую нагрузку измерить два раза при напряжениях 80 В и 100 В. После этого по шкале прибора находят цену деления каждого из трех приборов. Результаты измерений заносятся в таблицу 6.3 и рассчитываются значения cosφ по формуле (6.22).
Т а б л и ц а 6.3
Нагрузка |
|
|
|
|
|
|
|||
дел |
А |
дел |
В |
дел |
Вт |
Вт |
|||
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R L C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Найти коэффициент мощности для всех видов нагрузок.
6. Рассчитать погрешность одной из комбинаций элементов R, L, C по формуле:
ε = ,
где , , – абсолютные погрешности, рассчитанные из класса точности γ соответствующих приборов по формуле , в которой – номинальное значение измеряемой величины; – ее абсолютная погрешность; γ – класс точности.
7. Определить абсолютную погрешность .
8. Результат представить в виде доверительного интервала = и относительной погрешности ε.