Данченко О.П. , Вчитель фізики (гімназія № 2 м. Хабаровськ)
Приладдя: звуковий генератор, котушка індуктивності, емкостная батарея (відомої ємності), вольтметр, міліамперметр.
Метою роботи є: дослідження залежності повного опору (імпедансу) в ланцюзі змінного струму від частоти, побудова резонансної кривої і знаходження по ній резонансної частоти, активного опору кола й індуктивності котушки.
ТЕОРІЯ: При послідовному підключенні в ланцюг зі змінним електричним струмом котушки індуктивності (реальна котушка завжди має активний опір) і місткості виходить послідовно поєднана RLC ланцюг. При послідовному з'єднанні постійним параметром ланцюга буде електричний струм. Напруга на ємності й індуктивності будуть зрушені щодо струму UL = IwLcos (wt + p ¤ 2), UC = I / wC * cos (wt-p ¤ 2). Цей зсув фаз зручно розглядати на векторній діаграмі, представленої на малюнку. З малюнка видно, що зрушення фаз між струмом і напругою на активному опорі котушки R становить 0, на індуктивності L + p ¤ 2, а на ємності С-p ¤ 2. З графіка видно, що зрушення фаз між напругами на індуктивності UL і ємності UC становить p, тобто, знаходиться в протифазі. Результуюча напруга визначається різницею: UL-UC і при рівності цих напруг по модулю загальну напругу на реактивних опорах дорівнює нулю. У цьому випадку все падіння напруги джерела струму припадає на активний опір R (напруга на індуктивності і ємності можуть бути в цьому випадку у багато разів більше, але їх сума дорівнює нулю). Такий стан системи називають резонансом. При резонансі опір схеми мінімально і одно активного опору котушки. Графік залежності повного опору кола Z від частоти представлений на графіку. Значення опору визначають за формулою Ома Z = U / I. Так як при резонансі реактивні опору рівні, значення індуктивності можна виразити з формули 1/wс = wL; L = 1/w2C, де w резонансна частота, визначена з графіка.
ОПИС УСТАНОВКИ: Установку збирають згідно із запропонованою схемою (котушка представлена у вигляді активного і індуктивного опору). Послідовно котушки підключають відому ємність. Вимірювальні прилади представлені вольтметром і миллиамперметром. Звуковий генератор повинен мати діапазон від 20 до 20000 гц і напруга виходу порядку 20в.
Завдання.
Зберіть установку, згідно з кресленням.
Заповніть запропоновану таблицю:
| n (гц.) | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| (W гц.) | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| U (в) | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| I (А) | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| Z (Ом) | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| Xc = 1 / w (Ом) | | | | | | | | | | | | | | | | | |
За даними таблиці побудуйте графік залежності повного опору кола від циклічної частоти коливання. За графіком визначте:
Резонансну частоту. (При необхідності повторіть вимірювання у точках, близьких до резонансу.)
Активний опір котушки.
Індуктивність котушки.
Напишіть висновок.
