Электричество и магнетизм

Если участок цепи состоит из конден­сатора, ёмкость которого С, то ток

, (7)

где (8)

Величина XC=1/ωc (9)

называется ёмкостным сопротивлением. Как видно из (7), ток через ёмкость опережает напряжение на π/2 .

Закон Ома для

переменного тока

В случае, когда в цепь включены пос­ледовательно активное сопротивление R, индуктивность L и ёмкость С, ток

,

где (10)

(11)

Величина (12)

является полным сопротивлением цепи. Выражение (10) носит наз­вание закона Ома для цепи переменного тока.

Во всех вышеприведённых формулах I0 и U0 - амплитудные значения тока и напряжения. Приборы, используемые в цепях пере­менного тока, обычно измеряют действующие или эффективные значе­ния тока и напряжения, которые связаны с их амплитудными зна­чениями соотношениями:

.

Очевидно, что все вышеприведённые формулы оказываются справед­ливыми и для эффективных значений тока и напряжения.

Экспериментальная часть

Измерение индуктивности катушки

Так как всякая реальная катушка в цепи переменного тока об­ладает активным сопротивлением R и индуктивным сопротивлением XL, то полное сопротивление катушки определяется формулой (6) , откуда

, (13)

где ω=2πν (для переменного тока в сети ν = 50 Гц).

1. Измерить активное сопротивление катушки R с помощью ом­метра или моста постоянного тока.

2. Для измерения полного сопротивления Z катушки собрать цепь по схеме (рис. I), подключив её к выходным клеммам переменного напряжения источника тока В-24.

Ползунок реостата установить на мак­симум сопротивления, включить источ­ник тока, подавая 10-15 В. Измерить три значения тока I и напряжения U при различных положениях движка реостата. По фор­муле Z=U/I определить три соответствующих значения Z и найти сред­нее значение <Z> .

3. По формуле (13) вычислить индуктивность L катушки, под­ставляя в неё значения R и <Z>.

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Измерение ёмкости конденсатора

1. Собрать цепь по схеме (рис. 2).

2. Установить реостат на максимум сопротивления, подать пере­менное напряжение порядка 15 В. Из­меняя сопротивление реостата, изме­рить силу тока I и напряжение U для трёх различных положений движка реостата. По формуле ХC = U/I определить ёмкостное сопротивление три раза и найти среднее значение <Хс>. Затем по формуле C=1/ωXc вычис­лить ёмкость конденсатора.

3. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Проверка закона Ома для цепи переменного тока

1. Приборы соединить по схеме (рис.3), подать переменное нап­ряжение порядка 15 В.

2. Измерить три значения тока I и напряжения U при разных положениях движка реостата и вычислить для каждого случая сопротивление Zизм = U/I, найти среднее значение <Zизм>.

3. Вычислить по формуле (12) значение Zвыч , подставляя полу­ченные ранее значения R , L и С.

4. Сравнить результаты и вычислить относительную погрешность

.

5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Контрольные вопросы

1. Что называется переменным током?

2. В чем заключается явление самоиндукции?

3. Что называется индуктивностью, от чего она зависит, единицы ее измерения.

4. Каков сдвиг фаз между током и напряжением, если в цепи есть только активное сопротивление; покажите это с помощью векторной диаграммы.

5. Каков сдвиг фаз между током и напряжением, если в цепи есть только индуктивность или емкость; покажите это с помощью векторной диаграммы.

6. Как объяснить зависимость индуктивного и емкостного сопротивления от частоты переменного тока?

7. Как объяснить прохождение тока через конденсатор?

8. Ввести понятия эффективного значения тока и напряжения.

9. Вывести формулу закона Ома с помощью векторной диаграммы.

Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:

22. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм.- М.: Высшая школа, 1983.

23. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.

24. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2, Т. 3. – М.: Наука, 1977.

25. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.

26. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество.- М.: Физматлит МФТИ, 2002.

27. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. –М.- С.-П.: Физматлит Невский диалект, 2001

28. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1970.

 Скачать реферат