Лабораторна робота № 5.1 „Дослідження згасаючих електромагнітних коливань”.

Мета роботи : вивчення власних згасаючих коливань LCR - контуру та визначення його параметрів.

Вимірювальний стенд складається з імпульсного генератора, коливального контуру та осцилографа (рис.5.4).

Увага ! Підключати коливальний контур треба до входу “Y” осцилографа. Оскільки в контурі існує опір R, то коливання, що виникнуть в контурі, будуть загасаючими. Ці коливання будемо вивчати за допомогою осцилографа, а саме, необхідно буде вимірювати амплітуди коливань.

Порядок вимірювання та розрахунків.

1. Зібрати схему установки.

2. Встановити за допомогою перемикачів задані значення опору R, індуктивності L та ємності C, занести їх до протоколу.

3. Одержати стійке зображення на осцилографі, побудувати за допомогою масштабної сітки на екрані осцилографа графік згасаючих коливань.

4. За заданими значеннями R, L, C розрахувати за допомогою формул (5.15), (5.19) відповідно коефіцієнт згасання та період коливань контуру.

5. За допомогою формули (5.21) розрахувати теоретичне значення логарифмічного декремента згасання коливань.

6. Виміряйте 6 – 7 амплітуд коливань, що відрізняються кожна за часом на період. Розрахуйте за допомогою формули (5.20) експериментальні значення логарифмічного декремента згасання коливань, за цими даними розрахуйте середнє значення та середньоквадратичну похибку (як для прямих вимірювань). Порівняйте одержане середнє значення з теоретичним значенням (п.5). Зробіть висновки.

7. Перевірте умову виникнення коливань за формулою (5.23). Зробіть висновок.

Контрольні запитання.

1. Які процеси мають назву коливальних? Гармонічних коливальних?

2. Як записуються диференціальне та інтегральне рівняння гармонічних коливань?

3. Що таке період коливань? Частота? Циклічна частота? Який зв’язок між ними?

4. Що називається фазою коливань? Початковою фазою? Чому дорівнює швидкість зміни фази коливань?

5. Що таке амплітуда коливань? Яка особливість поняття амплітуди коливань у випадку згасаючих коливань?

6. Які коливання мають назву власних? Незгасаючих? Згасаючих?

7. Що таке час релаксації? Коефіцієнт згасання? Логарифмічний декремент згасання? Як визначається добротність? Вкажіть зв’язок між ними та поясніть їх фізичний зміст.

8. З яких елементів складається коливальний контур? В яких випадках відбуваються незгасаючі та згасаючі коливання?

9. Сформулюйте умову виникнення коливань в коливальному контурі.

5.2. Вимушені коливання.

Вимушеними називаються коливання, що відбуваються під дією зовнішньої періодичної сили (механічні коливання) або ж під дією зовнішньої періодичної електрорушійної сили (ЕРС) (електромагнітні коливання).

Встановимо співвідношення між силою струму та напругою для тих випадків, коли джерело ЕРС змінюється за гармонічним законом і підключене до ділянок кола, що складаються або з активного опору, або ємності, або індуктивності.

5.2.1. Змінний струм, який тече крізь резистор з опором r (l  0, c  )

Н ехай до ділянки кола з опору R (рис.5.5а) прикладається напруга . Згідно з законом Ома, сила струму на цій ділянці буде дорівнювати

, (5.24)

де амплітуда сили струму дорівнює

. (5.25)

Т аким чином, сила струму, що протікає по омічному опору, змінюється за таким самим законом та з такою ж самою частотою і фазою, як і напруга.