Практична робота № 9 Визначення параметрів змінного струму

Мета: розглянути особливості електромагнітних коливань та способи визначення їх параметрів; ознайомитися з типовими задачами; навчитися обраховувати параметри змінного струму.

Основні теоретичні відомості

Електричний струм у колі змінного струму – це вимушені електричні коливання з частотою ЕРС джерела.

Якщо напруга у колі змінного струму, яке містить послідовно з’єднані резистор опором R, котушку індуктивністю L і конденсатор ємністю C, змінюються за законом:

U = U_m cos (𝛚 t),

то сила струму в колі змінюється за законом:

I = I_m cos (𝛚 t – φ),

де U_m, I_m – амплітудні значення відповідно напруги і сили струму; φ – зсув фаз між зовнішньою напругою і силою струму в колі.

Закон Ома для змінного струму:

I_m = .

Повний опір кола змінного струму:

Z = = .

Реактивний опір:

X = X_L + X_C .

Ємнісний опір:

X_C = .

Індуктивний опір:

X_L = .

Електричний резонанс – явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань сили струму у колі при наближенні циклічної частоти зовнішньої змінної ЕРС до частоти власних коливань кола.

У колі послідовного з’єднання резистора, котушки, конденсатора максимальне значення сили струму досягається за умови:

_{резонанс} = .

Діючі значення змінного синусоїдального струму:

I = ; U = .

Хід роботи Задачі Паралельне з'єднання котушки й конденсатора в колі. Резонанс струмів

1. Коло складається з конденсатора ємністю 35 мкФ, пара­лельно якому увімкнуто резистор. Омічний опір резистора 80 Ом (див. рис.). Визначити повний опір кола змінному струму з частотою 50 Гц і зсув фаз між напругою і струмом.

2. Коло змінного струму з частотою 50 Гц містить конденса­тор, паралельно якому увімкнено котушку індуктивністю 0,2 Гн (див. рис.). Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює нулеві. Визначити ємність конденсатора.

3. У контурі, що складається з паралельно з'єднаних конденса­тора ємністю 1 нФ і котушки з індуктивністю 1 мГн та активним опором 100 Ом, прикладено резонансну напругу. Амплітуда на­пруги 5 В (див. рис.). Визначити резонансну частоту сил струмів у розгалуженнях та повну силу струму.

4. Коло складається з паралельно з'єднаних конденсатора ємністю 0,3мкФ і котушки з активним опором 45 Ом та індуктивністю 15 мГн. Чому дорівнює повний опір кола змінного струму, частота якого 0,5 кГц? При якій частоті змінної напруги, прикладеної до кінців кола, реактивний опір кола перетворюється в нуль (резонанс струмів)? Яким буде повний опір кола при резонансі?

5. Резистор активним опором 25 Ом, котушка індуктивністю 0,37 Гн і конденсатор ємністю 42 мкФ з'єднані паралельно й приєднані до джерела змінної напруги U = 150 sin 314t, де U – напруга. Обчислити амплітудне значення повного струму і зсув фаз.

6. У коло змінного струму паралельно під’єднали котушку індуктивністю 0,2 Гн та активним опором 5 Ом і конденсатор ємністю 20 мкФ. Напруга на клемах змінюється за законом U = 312 cos 314t, де U — напруга. При якій частоті струму він буде мінімальним у не­ розгалуженій частині кола?