- •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
- •3. Ємність у 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
4. Принцип експериментального методу.
З формули 53.11 випливає, що величина є стала для даної неонової лампи, а період релаксаційних коливань пропорційний опору R резистора та ємності С конденсатора. Тому визначивши сталу лампи і вимірявши період Т релаксаційних коливань та знаючи ємність С з формули 53.11, можна отримати вираз для розрахунку невідомого опору:
. (53.12)
Аналогічно за відомим значенням опору R можна визначити невідому ємність
Якщо ж в нашому розпорядженні одночасно є відомій опір Ro та відома ємність Co , то експериментальне визначення Rox та невідомих ємностей Cx , за допомогою релаксаційного генератора на неоновій лампі можна звести до порівняння відповідних періодів релаксаційних коливань. Якщо при відомому опорі Ro період коливань буде рівним To, а при невідомому опорі Rx - Т, то як випливає з 53.12
(53.13)
Так само методом порівняння можна визначити невідому ємність
(53.14)
де Co - відома ємність, То - період коливань генератора при відомій ємності, Т - при невідомій.
5. Оцінка похибок експерименту.
Нехай при відомому опорі Ro за час to відбудеться No спалахів лампи, тоді період коливань То буде рівним . Якщо при невідомому опорі за час t лампа спалахне N разів, тоді період коливань буде рівним . Тому робоча формула для визначення невідомого опору прийме вигляд
(53.15)
Аналогічний вираз отримаємо і для визначення невідомої ємності
(53.16)
Якщо робочі формули логарифмувати, а отриманий результат диференціювати, то отримаємо формули похибок
(53.17)
(53.18)
(в числі спалахів не помиляємось, тобто похибки числа спалахів рівні нулю).
З даних формул випливає, що точність шуканої величини (відносні похибки або ) визначається точністю еталонних величин (відомих опорів або ємностей, а також точністю вимірювань часу).
В даній роботі в якості еталонних опорів та ємностей використовуються резистори та ємності заводського виготовлення з відносною похибкою 4 % ,тобто і . Тому відносна похибка вимірювань періоду релаксаційних коливань в сумі теж не повинна перевищувати 4 % .
Для вимірювання часу використовуємо секундомір. Ми ніколи точно не включимо і не зупинимо секундомір в моменти початку і кінця підрахунку спалахів лампи. Враховуючи суб'єктивний фактор, похибка вимірювання часу може складати величину порядку 0,4 с (0,2 с вмикання секундоміра, 0,2 с – зупинка) так, як відносна похибка часу одного вимірювання не повинна перевищувати 2%.
Таким чином в даній роботі слід визначати таке число спалахів, загальна тривалість яких повинна бути не менша, ніж 20 с.
6. Послідовність виконання роботи.
На лабораторному стенді розташовані всі елементи релаксаційного генератора. Ці та інші елементи (джерело струму, вимикач, потенціометр, вольтметр, набір відомих та невідомих опорів і ємностей) мають відповідні позначення та клеми.
1. При вимкненому джерелі струму згідно схеми на рис. 53.7 зібрати релаксаційний генератор. Потенціометр повинен бути виставлений на нуль вихідної напруги.
2. Ввімкнути джерело струму і збільшуючи потенціометром вихідну напругу домогтись появи спалахів лампи. Секундоміром визначити число No спалахів лампи за час to не менший, ніж 20 с. Дані занести в таблицю 53.1.
3. Вимкнути джерело струму і замість відомого опору Ro в схему ввести перший невідомий опір Rx1.
4. Ввімкнути джерело струму і не змінюючи вихідної напруги визначити число спалахів N1 за час не менший 20 с.
5. В такій же послідовності провести досліди з опорами Rx2 та Rx3 . Дані занести в таблицю 53.1.
Таблиця 53.1
Опори |
Кількість спалахів, N |
Час t, с |
Похибка часу t, с |
Значення опорів, Ом |
Похибки R, Ом |
відомий |
|
|
|
Ro = |
|
невідомі |
|
|
|
визначено: |
|
Rx1 |
|
|
|
Rx1 = |
|
Rx2 |
|
|
|
Rx2 = |
|
Rx3 |
|
|
|
Rx3 = |
|
6. За формулою (53.15) розрахувати шукані значення невідомих опорів, а за формулою (53.17) відносну, а потім абсолютні похибки. Результати розрахунків занести в таблицю 53.1.
7. Згідно попередньої методики провести визначення невідомих ємностей Cx1, Cx2 та Cx3 . Тут відомий опір залишається на місці, а тільки замість відомої ємності Co в схему послідовно вводяться невідомі ємності Cxx і визначається кожен раз число спалахів за час не менший 20 с.
Розрахунки шуканих величин проводяться за формулою (53.16), а похибки визначаються за формулою (53.18). Всі результати занести в таблицю 53.2.
Таблиця 53.2
Конденсатори |
Кількість спалахів N |
Час t, с |
Похибка часу t, с |
Ємності конденсаторів C, мкФ |
Похибки C, мкФ |
відомий |
|
|
|
Co = |
|
невідомі |
|
|
|
визначено: |
|
Cx1 |
|
|
|
Cx1 = |
|
Cx2 |
|
|
|
Cx2 = |
|
Cx3 |
|
|
|
Cx3 = |
|