Вопрос по физике:
Практическая работа
Тема. Исследование неразветвленных цепей синусоидального тока и резонанса напряжений
Цель работы . Экспериментальное определение параметров и выяснение основных свойств цепей с последовательным соединением приемников. Исследование условий возникновения резонанса напряжений и определение его признаков.
1. Пояснения к работе
При последовательном соединении активного R , индуктивного ХL и ёмкостного ХC сопротивлений (рис.1,а) мгновенное значение напряжения источника согласно второму закону Кирхгофа определяется алгебраической суммой мгновенных значений напряжений на отдельных элементах:
u = ur + uL + uC ,
а действующее значение напряжения источника – векторной суммой действующих значений напряжений на отдельных элементах, что изображено на векторной диаграмме (рис.1,б). Это напряжение может быть рассчитано по формуле:
, (1)
где: - напряжение на активном сопротивлении;
и - напряжения на индуктивности и на емкости соответственно,
, - полное сопротивление цепи, (2)
где: и - индуктивное и емкостное сопротивления соответственно,
- реактивное сопротивление цепи.
Для цепей с любым количеством последовательно соединенных активных, индуктивных и емкостных элементов справедливо:
- общее активное сопротивление цепи,
- общее реактивное сопротивление цепи.
Рис. 1. Схема, векторная диаграмма и треугольник сопротивлений при последовательном соединении элементов.
Полное сопротивление цепи z , активное r и реактивное x = xL - xC образуют прямоугольный треугольник сопротивлений (рис.1.в), для которого справедливы следующие соотношения:
z = , r = z∙cos j , x = z∙sin j , j = arctg x/r (3.3)
Коэффициент мощности цепи (4)
где: - активная мощность,
- реактивная мощность,
- полная мощность.
В зависимости от соотношения между и характер цепи может быть индуктивным или емкостным.
При выполнении условия в цепи с последовательным соединением индуктивности и емкости возникает режим резонанса напряжений – состояние, при котором напряжение, приложенное к цепи, совпадает по фазе с током.
Очевидно, что общее реактивное сопротивление цепи при резонансе будет равняться нулю, а полное сопротивление - равно активному:
, . (5)
Ток в цепи при неизменном напряжении источника питания U достигает максимального значения:
Напряжения на реактивных сопротивлениях в режиме резонанса равны между собой и по величине могут значительно превышать напряжение питания:
, (6)
где - добротность резонансного контура.
При Q > 1 напряжения на индуктивности и на емкости превышают величину напряжения источника.
2. Порядок выполнения работы.
Источником питания в данной работе служит сеть синусоидального напряжения 127 В, 50 Гц.
В качестве приемников энергии используются:
1) проволочный ползунковый реостат с сопротивлением R ;
2) конденсаторная батарея емкостью С , сопротивление которой можно считать чисто емкостным;
3) катушка индуктивности с ненасыщенным стальным сердечником, обладающая как индуктивным , так и активным сопротивлениями.
Изменение индуктивности катушки осуществляется путем изменения величины воздушного зазора между сердечником и ярмом магнитопровода катушки, при этом с увеличением зазора индуктивность уменьшается.
Собрать схему рис.2, включив последовательно с катушкой и конденсаторной батареей реостат R в качестве добавочного активного сопротивления с целью ограничения тока и напряжений при резонансе.
Выдвигая сердечник из катушки, постепенно уменьшать ее индуктивное сопротивление, добиться режима резонанса, при котором ток в цепи достигает максимального значения. С помощью реостата установить ток в режиме резонанса равным 2 - 2,5 А и занести показания приборов в табл. 1.
Изменяя положение сердечника (выдвигая и вдвигая его), снять и занести показания приборов в табл. 1 для двух режимов и .
Рис. 2 Схема для исследования резонанса напряжений
Таблица 1
Результаты исследования резонанса напряжений
№
п/п
Измерено
Вычислено
U, B
I, A
P,
Вт
UR, B
UC, B
UL, B
R,
Ом
Z,
Ом
XL,
Ом
XC,
Ом
S,
ВА
Q,
ВАр
1.XL>XC
130
0,71
13
95
30
112
2.XL=XC
130
0,96
25
130
49
49
3.XL<XC
130
0,4
2
56
150
30
По результатам измерений вычислить: r , z , xL , х C , S , Q для всех случаев. Результаты вычислений занести в табл. 1.
По данным табл. 1 в масштабе построить векторные диаграммы цепи для 3-х случаев: 1) х L > xC ; 2) xL = xC ; 3) xL < xC .
Составить отчет.
Содержание отчета. Практическая работа должна быть выполнена в отдельной тетради в виде отчета, который должен содержать: название и цель работы, исходные данные, порядок выполнения работы и схему лабораторной установки, расчет активного и реактивных сопротивлений и мощностей, таблицу с результатами измерений и вычислений, векторные диаграммы, построенные в масштабе, выводы.
Трудности с пониманием предмета? Готовишься к экзаменам, ОГЭ или ЕГЭ?
Воспользуйся формой подбора репетитора и занимайся онлайн. Пробный урок - бесплатно!
- 15.11.2021 05:17
- Физика
- remove_red_eye 2091
- thumb_up 0
Ответы и объяснения 0
Знаете ответ? Поделитесь им!
Есть сомнения?
Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Физика.
Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи - смело задавайте вопросы!
Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.