Лабораторная работа № 5 резистивный элемент в цепи синусоидального тока

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с основными свойствами резистивного элемента в цепи синусоидального тока.

2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Резистивный элемент - это такой идеализированный элемент, в котором происходит только необратимое преобразование электромагнитной энергии в тепло или другие виды энергии, а запасание энергии в электрическом и электромагнитных полях отсутствует. Наиболее близкие к этим свойствам характеристики имеют угольные резисторы, реостаты, лампы накаливания.

Рис. 1. Резистивный элемент

Основные уравнения для них - закон Ома: или .

В первом выражении коэффициент пропорциональности - электрическое сопротивление: . Обратная величина называется электрической проводимостью.

В теории линейных цепей принимают R и G постоянными, не зависящими от тока, напряжения и других факторов. В реальных элементах это допущение выполняется приближенно. Линейные алгебраические соотношения между током и напряжением можно представить графически в виде прямой, проходящей через начало координат, с угловым коэффициентом, равным значению сопротивления. При этом кривые напряжения и тока на активном сопротивлении оказываются подобными - их ординаты пропорциональны в любой момент времени.

Сопротивление в цепи переменного тока

Если по сопротивлению протекает ток i = I_m sinwt, то напряжение на его зажимах u = Ri = RI_m sinwt=U_m sinwt, где U_m = RI_m, или для действующих значений U = RI.

Рис. 2. Характеристики резистивного элемента

Мгновенная мощность p = ui =Ri² = U_m I_m sin²wt характеризует скорость преобразования электрической энергии в тепловую. Она всегда положительна, т.е. от генератора всегда отбирается энергия:

.

Рис. 3. Волновые и векторные диаграммы резистивного элемента

Средняя за период, или активная мощность, характеризует среднюю скорость преобразования энергии .

Сопротивление принято называть активным, так как на нем выделяется активная мощность.

3. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ И ПРОГРАММА ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

3.1. Изучить описание работы.

3.2. Подготовить бланк отчета и миллиметровую бумагу для снятия осциллограмм.

3.3. Собрать схему по рис. 4.

3.4. Подключить приборы.

3.5. Установить частоту и действующее значение сигнала генератора соответственно 50-100 Гц и 10 В.

3.6. Измерить и записать в таблицу значения напряжений .

3.7. Присоединить осциллограф к цепи и одновременно пронаблюдать изменения напряжения и тока на элементе. Зарисовать осциллограмму.

3.8. Сделать выводы.

Рис. 4. Экспериментальная схема

Исходные данные к экспериментальной схеме:

Гр.
R1
R2
U

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

4.1. Что называется резистивным элементом?

4.2. Как активное сопротивление зависит от частоты?

4.3. От чего зависит величина сопротивления?

4.4. Зависит ли от частоты проводимость?

4.5. Каков угол между током и напряжением на активном сопротивлении?

4.6. Определить физический смысл активного сопротивления.

4.7. По активному сопротивлению протекает ток . Напишите выражения для мгновенного значения напряжения на этом элементе.