1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Ознакомление с основными свойствами индуктивного элемента в цепи синусоидального тока.
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ
2.1. При протекании тока i по индуктивному элементу цепи (катушке) возникает магнитный поток Ф.
Пусть число витков катушки равно w, тогда величина называется потокосцеплением, а отношение называется индуктивностью катушки.
По закону электромагнитной индукции на зажимах катушки выделяется напряжение .
Пусть по катушке протекает синусоидальный ток , тогда на ней будет существовать напряжение
. (1)
Амплитуда этого напряжения по фазе опережает ток на 90 градусов.
Величина
(2)
называется индуктивным сопротивлением. Как видно из (2), это сопротивление пропорционально частоте.
В комплексной форме соотношение (1) можно записать следующим образом:
,
где множитель j показывает, что напряжение опережает ток по фазе на 90 градусов.
2.2. В последовательной цепи R, L (рис. 1) напряжение совпадает по фазе с током, а напряжение опережает его на 90 . Это показано на векторной диаграмме (рис. 2), из которой видно, что напряжения и складываются векторно , а действующее значение суммарного напряжения равно .
|
|
Рис. 1. Схема последовательного Рис. 2. Векторная
cоединения R и L диаграмма
Для определения разности фаз двух кривых на экране осциллографа следует воспользоваться тем, что период колебаний соответствует рад, или 360 . Отсчитав величины p и q в делениях шкалы, на экране осциллографа (рис. 3), можно определить разность фаз из пропорции
или
Рис. 3. Определение разности фаз двух величин
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 соответственно 50 Гц.
3.6. Измерить и записать в таблицу значения напряжений .
3.7. Присоединить осциллограф к цепи и одновременно пронаблюдать изменения напряжений . Зарисовать осциллограмму.
3.8. Присоединить осциллограф к цепи для одновременного наблюдения напряжений . Измерить (в делениях шкалы осциллографа) отрезки . Записать их в таблицу.
3.9. Увеличить частоту сигнала в 10 раз и при напряжении 10 В повторить все измерения (п.п.3.6.-3.8).
3.10. Вычислить значения тока , индуктивного сопротивления , индуктивности и угла для обоих значений частоты.
3.11. Построить векторные диаграммы (в масштабе) для обеих частот.
Наименование величин | Частота 50Гц | Частота 500 Гц |
1. Напряжение источника , В | ||
2. Напряжение на индукт. ,В | ||
3. Напряжение на резисторе ,В | ||
4. Угловая частота , | ||
5. , дел | ||
6. , дел | ||
7. Ток , А | ||
8. Индукт. сопротивление , Ом | ||
9. Индуктивность , мГн | ||
10. | ||
11. |
|
|
Рис. 4. Экспериментальная схема
Исходные данные к экспериментальной схеме:
Гр. | ||||||||
R(кОм) | 0,3 | 0,6 | 0,5 | 0,2 | ||||
L(Гн) | 0,5 | 0,3 | 0,4 |
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
4.1. Что называется индуктивным сопротивлением?
4.2. Как индуктивное сопротивление зависит от частоты?
4.3. Зависит ли от частоты индуктивность?
4.4. Что такое угол j и как определить его экспериментально?
4.5. По катушке протекает ток . Напишите выражения для мгновенного значения напряжения на катушке.