Методические указания по выполнению работы.
1. Собрать на рабочем поле экрана электрическую цепь синусоидального тока с последовательным соединением резистора, катушки и конденсатора (рис. 3.6). Катушка индуктивности является реальной, поэтому она обладает активным сопротивлением обмотки.
Рис. 3.6. Схема цепи с последовательным соединением резистора, катушки и конденсатора.
Элементы электрической цепи берутся из окон выбора источников и компонентов. Измерительные приборы – с верхней панели индикаторов, осциллограф – из боковой панели инструментов. Измерительные приборы (амперметр и вольтметр) необходимо переключить в режим измерения переменного тока АС. Для соединения элементов схемы необходимо подвести курсор к подсоединяемому концу одного элемента до появления точки на конце этого элемента, нажать левую кнопку мыши, подвести линию – «провод» к началу следующего элемента до появления точки, снова нажать левую кнопку мыши.
2. Задать параметры элементов цепи согласно варианту (табл.3.1).
Табл.3.1.
Провод, идущий на канал «А» осциллографа, необходимо обозначить красным цветом, подведя курсор к проводу, и, нажав, правую кнопку мыши, затем «Color Segment» (рис. 3.7), выбрать цвет (красный).
Рис. 3.7.
Для наблюдения осциллограмм напряжения и тока необходимо активизировать осциллограф двойным нажатием левой кнопки мыши. Можно расширить осциллограф, растянув его погоризонтали и вертикали. В случае необходимости настроить осциллограф: горизонтальная развертка регулируется кнопками «Time base» (рис. 3.7), при этом изображение сжимается или расширяется по горизонтали (по оси времени).
Рис. 3.8.
Масштаб синусоид устанавливается заданием цены деления по вертикальной оси «V/div» (рис. 3.8).
Рис. 3.9.
На канале «А» отображается синусоида напряжения (красная), на канале «В» – синусоида тока (черная). С помощью осциллографа можно измерить угол сдвига фаз между напряжением и током цепи. Для измерения угла сдвига фаз φ между напряжением и током необходимо подвести красный курсор к началу синусоиды напряжения (красная синусоида), а синий – к началу синусоиды тока (черная синусоида). В правом окне осциллографа (рис. 3.9.) значение (Т2 – Т1) необходимо перевести в градусы:
где f – частота напряжения источника питания, Гц.
Рис. 3.10.
Обязательно обратить внимание на знак угла φ.
3. Заполнить таблицу согласно снятым показаниям приборов (табл.3.2). Рассчитать недостающие параметры. Табл. 3.2
Полное сопротивление цепи: Индуктивное сопротивление катушки: XL = 2π fL; Емкостное сопротивление конденсатора: XC = Из треугольника сопротивлений:
Коэффициент мощности: Угол сдвига фаз: Из треугольника мощностей: P = S cosφ; Q = S sinφ, S = UI.
4. Построить векторную диаграмму цепи.
Построение векторной диаграммы целесообразно начать с построения вектора тока, так как при последовательном соединении элементов ток в цепи является общим для всех элементов. Согласно второму закону Кирхгофа напряжение источника равно сумме падений напряжений на приемниках:
Вектора напряжений строятся в масштабе, относительно вектора тока (рис. 3.8). Обходя цепь по выбранному направлению, следует откладывать вектор падения напряжения на каждом отдельном участке в направлении по отношению к вектору тока, соответствующем характеру нагрузки элемента.
Рис. 3.11.
5. Рассчитать значение частоты питающего напряжения, при которой в цепи возникнет резонанс:
Задать частоту напряжения источника, равную резонансной частоте f 0. Снять показания приборов и заполнить таблицу. Построить векторную диаграмму цепи.
6. Рассчитать значение индуктивности, при которой в цепи возникнет резонанс: Задать индуктивность катушки, равную резонансному значению L 0. Снять показания приборов и заполнить таблицу. Построить векторную диаграмму цепи.
7. Рассчитать значение емкости конденсатора, при которой в цепи возникнет резонанс:
Задать значение емкости конденсатора, равную резонансному значению С 0. Снять показания приборов и заполнить таблицу. Построить векторную диаграмму цепи.
Контрольные вопросы.
1. Записать выражения законов Ома и Кирхгофа для цепей переменного тока. 2. Каким образом осуществляется последовательное соединение элементов в электрической цепи? 3. Записать формулы для определения индуктивного и емкостного сопротивлений. 4. Записать формулы для определения активной, реактивной и полной мощности цепи. 5. Что такое резонанс напряжений? Условия возникновения резонанса напряжений? Изменением каких параметров электрической цепи можно обеспечить в ней режим резонанса напряжений?
Лабораторная работа № 4. Параллельное соединение резистора,
|
Включить цепь, нажав клавишу (положение «I») в правом верхнем углу монитора. После появления показаний приборов выключить цепь, нажав ту же клавишу (положение «0»).
,
;
;
;
;
.
.
.
.
