3.Контрольные вопросы

1. Какие колебания называют затухающими?

2. В каком случае колебания в контуре будут незатухающими?

3 Почему наличие сопротивления в контуре приводит к затуханию колебаний?

4 При каких условиях период затухающих колебаний в контуре можно рассчитать по формуле Томсона?

5 Каков физический смысл коэффициента затухания, логарифмического декремента затухания?

6 Каков физический смысл добротности?

7 Каков физический смысл критического сопротивления?

лабораторная работа № 4.1

Проверка закона ома для переменного тока

Цель работы: изучить закон Ома для цепей переменного тока.

Приборы и принадлежности: катушка индуктивности, конденсатор, магазин сопротивлений, источник переменного тока, амперметр, двухлучевой осциллограф, соединительные кабели и проводники, вольтметр.

1.Вывод рабочих формул и описание установки

В реальном колебательном контуре электрическое сопротивление отлично от нуля и свободные электромагнитные колебания быстро затухают. Для получения незатухающих колебаний к контуру необходимо подводить энергию, которая восстанавливала бы потери на джоулево тепло. Для этого в контур включают источник тока с периодически изменяющейся ЭДС (рис.1).

Если , то сила тока в контуре , поэтому падения напряжений

; ;

.

Из этих формул видно, что падение напряжения на индуктивности опережает по фазе ток на /2, падение напряжения на активном сопротивлении совпадает по фазе с током, а падение напряжения на емкости отстает по фазе от тока на /2. Изображая соответствующие величины в виде векторов, получаем диаграмму (рис.2). Из рисунка видно, что ; .

Так как ; ; , то (1), (2).

Формулу (1) принято записывать в виде .

Это закон Ома для цепи переменного тока, где Z – эффективное сопротивление цепи переменного тока:

,

где R – активное сопротивление; - реактивное сопротивление индуктивности и емкости соответственно.

Формула (2) определяет сдвиг фазы колебаний напряжения и тока.

Следует помнить, что в городской сети частота υ = 50 Гц, поэтому ω = 2πυ = 314 с^-1.

В лабораторной установке вынужденные колебания наблюдаются с помощью двухлучевого осциллографа. Рабочая схема представлена на рис.3. На вход 1 осциллографа подается сигнал с источника переменного тока, т.е. наблюдается периодическое изменение ЭДС, а на вход 2 с сопротивления R, т.е. наблюдается периодическое изменение падения напряжения U_R, пропорциональное силе тока (рис.4).

Синусоиды 1 и 2 сдвинуты по фазе на величину . Так как за период Т (Т=kl, k – определяется положением переключателя развертки осциллографа) происходит изменение фазы на 2 радиан (или 360⁰), а за время t=kl на , то

(рад.) или .

2.Порядок выполнения работы

1. Проверить рабочую схему. Выставить ручки и переключатели осциллографа в нужное положение.

2. Установить необходимое сопротивление (по указанию преподавателя).

3. Включить источник переменного тока и осциллограф.

4. С нять зависимость J_Э от U_Э .

5. Получить на экране осциллографа две неподвижные синусоиды (рис.4). Убедиться, что сдвиг фаз не зависит от величины подаваемого напряжения. Измерить l и l при наиболее удобном положении регулятора напряжения.

6. Выключить источник переменного тока и осциллограф.

7. Построить график зависимости J_Э от U_Э.

8. Пользуясь этим графиком, найти экспериментальное значение полного сопротивления цепи: .

9. Определить период вынужденных колебаний .

10. Определить частоты колебаний .

11. Вычислить емкостное, индуктивное и полное реактивное сопротивления (значения L и C заданы):

.

12. Вычислить теоретическое значение полного сопротивления цепи: .

13. Вычислить экспериментальное и теоретическое значения сдвига фаз между током и напряжением: .

14. Сравнить υ_Т, Z_Т, _Т с полученными экспериментально значениями, т.е. найти относительные отклонения:

15. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу (форма таблицы разрабатывается самостоятельно).

16. Оценить погрешности прямых и косвенных измерений.