Лабораторная работа № 7. Емкостный элемент в цепи синусоидального тока

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с основными свойствами емкостного элемента в цепи синусоидального тока.

2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ

2.1. Если к емкостному элементу (конденсатору) приложено напряжение u, то на его обкладках возникает заряд q. Отношение называется емкостью конденсатора.

Ток в конденсаторе связан с изменением его разряда:

Пусть к конденсатору приложено синусоидальное напряжение

, тогда ток в нем определяется как

. (1)

Амплитуда этого тока , а по фазе он опережает напряжение на 90 .

Величина

(2)

называется емкостным сопротивлением. Как видно из (2), это сопротивление обратно пропорционально частоте.

В комплексной форме соотношение (1) можно записать следующим образом:

, откуда .

Здесь множитель –j показывает, что напряжение отстает от тока по фазе на 90 градусов.

В последовательной цепи R,C (рис. 1) напряжение совпадает по фазе с током, а напряжение отстает от него на 90 . Это показано на векторной диаграмме (рис. 2), из которой видно, что напряжения и складываются векторно: , а действующее значение равно .

Рис. 1. Схема эксперимента Рис. 2. Векторная диаграмма

Ток I опережает напряжение на угол w, который можно определить из векторной диаграммы.

Чтобы отличать углы w при отстающем токе от углов при опережающем токе, в первом случае их считают положительными, а во втором – отрицательными. Поэтому в цепи R,C

Угол j можно также определить и с помощью осциллографа .

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 и действующее значение сигнала генератора соответственно 50 Гц и 10 В.

3.6. Измерить и записать в таблицу значения напряжений (предварительно рассчитать). Предварительно проделать работу при .

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 (пп.3.6.-3.8).

3.10. Вычислить значения тока , емкостного сопротивления , емкости и угла для обоих значений частоты.

3.11. Построить векторные диаграммы (в масштабе) для обеих частот.

3.12. Сделайте вывод по работе.

Наименование величин	Частота 50 Гц	Частота 500 Гц
1. Напряжение источника , В
2. Напряжение на емкости. ,В
3. Напряжение на резисторе ,В
4. Угловая частота ,
5. , дел
6. , дел
7. Ток , А
8. Емкостное. сопротивление , Ом
9. Емкость , мF
10.
11.