Обработка результатов эксперимента

1. По результатам наблюдений в одной и той же системе координат в зависимости от величины емкости батареи конденсаторов построить следующие кривые:

Проанализировав кривые и качественно объяснить их ход.

2. Используя данные наблюдений, вычислить величины:

Ом, Ом, [L] – Гн, Ом, Ом,

[z] – Ом, В, В, .

Вычисления провести для трех значений емкости, при которых проведены измерения по н.п. 4,5. Вычисления провести по соотношениям:

, где падение напряжения на элементе ;

I – ток в цепи

,

Где U – напряжение, приложенное ко всей цепи;

ток в цепи при резонансе.

; = 50 Гц; ,

Где – ёмкостное сопротивление, при котором наступает резонанс в цепи.

;

; ;

;

;

.

 

 

3. Данные вычислений занести в таблицу 1.

 

Таблица 1

Результаты работы

Данные наблюдений

Результаты вычислений

C мкФ

I А

U В

В

В

В

P Вт

Ом

Ом

Гн

Ом

Ом

Z Ом

В

В

Гр

Ом

 

4. По данным вычислений и измерений построить векторные диаграммы для трёх случаев: а) , б) , в) .

Исходя из экспериментально полученных величин , , , и рассчитанных величин , ,векторная диаграмма для каждого опыта строится по методике, изложенной в [2], 2.5,2.6,2.12. Однако можно построить векторную диаграмму, исходя только из экспериментальных данных U, , , (см. рис.4 а,б). Для этого по горизонтальной оси из точки О необходимо в масштабе напряжений отложить вектор , а от конца этого вектора вертикально вниз – вектор . Тогда, пользуясь циркулем, следует провести из конца вектора (точки ), как из центра, дугу окружности радиусом . При этом, поскольку вектор составляющие, нас интересует только та часть окружности, точки которой лежат справа и сверху от центра . Теперь проведем из центра О радиусом окружность до пересечения с дугой в точке . Вектор , очевидно, представляет собой вектор и, следовательно, мы получили графическое решение уравнения:

,

то есть искомую векторную диаграмму.

На рис. 4а построена векторная диаграмма для случая , а на рис. 4 б – для случая .

При векторы и коллинеарные и поэтому точка лежит на расстоянии U от центра О по направлению вектора .

Конкретные значения , для которых строятся векторные диаграммы, указываются преподавателем.

5. Проанализировать векторные диаграммы и качественно объяснить их.

6. Используя данные наблюдений при резонансе, рассчитать зависимости:

Вычисления провести для тех значений ёмкости батареи конденсаторов, при которых проведены измерения по п.п. 4,5 предыдущего раздела настоящих указаний.

По результатам расчётов в той же системе координат, что в п.1 настоящего раздела указаний, в зависимости от величины ёмкости батареи конденсаторов построить кривые

Сопоставить кривые, построенные по расчётным данным, с соответствующими кривыми, построенными по данным наблюдений. Указать причины возможного несоответствия кривых.

Расчёт зависимостей произвести по соотношениям:

а) ,

где

; ;

; – значение тока и ёмкости батареи конденсаторов при резонансе соответственно.

;

Используется система единиц измерения «СИ». Для условий данной лабораторной работы значение частоты , приложенного ко всей цепи напряжения равно 50 Гц.

Если С и измеряются в мкФ, то окончательно формула для тока I в цепи имеет вид:

;

б) ; ;

;

;

Где – падение напряжения на элементе при резонансе.

Используя выражение для тока I предыдущего подпункта, имеем расчетное соотношение: , где

;

в) Расчетное соотношение для имеет вид:

;

Расчет зависимостей может быть выполнен по приведенным выше соотношениям на ЭВМ любого типа, например, по программе, приведенной в Приложении 1 к настоящим указаниям. Программа составлена на языке BASIC.

Расчет может быть выполнен также с помощью микрокалькулятора типа МК-56 или аналогичного ему с использованием программируемого режима работы. Программа и порядок расчета приведены в Приложении 2 к настоящим указаниям.

7. а) Произвести оценку погрешностей измерений величин U, I, , , , P.

б) Произвести оценку погрешности определения одной из вычисленных величин (по указанию преподавателя).

Содержание и оформление отчета

Отчет по лабораторной работе оформляется на специальных бланках. Отчет должен содержать название лабораторной работы, формулировку цели работы с указанием целей заданий, перечень использованных измерительных приборов, расчетные соотношения, схему установки, результаты наблюдений и вычислений в виде таблиц графиков и векторных диаграмм, выполненных на миллиметровой бумаге. Отчет должен содержать также раздел по определению погрешностей измерений и вычислений величин (в соответствии с п.7 предыдущего раздела).

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте определение мгновенно, амплитудного, действующего, среднего значений синусоидально изменяющихся во времени электрических величин.

2. Каково соотношение между токами и напряжениями в цепях с активным, индуктивным и емкостным элементами? Каковы векторные диаграммы для этих цепей?

3. Дайте определение резонанса напряжений.

4. Начертите схему цепи, в которой может наступить резонанс напряжений. Объясните, за счет изменения каких параметров можно добиться резонанса напряжений в этой цепи.

5. Напишите соотношение, выражающее закон Ома в цепи, содержащей последовательно соединенные активное сопротивление, индуктивную катушку и конденсатор.

6. Напишите основные соотношения, выполняющиеся при резонансе напряжений.

7. Начертите векторные диаграммы для цепи, содержащей последовательно соединенные активное сопротивление, индуктивную катушку и конденсатор для случаев

; ; .

8. Напишите соотношение, выражающее закон Ома для цепи,

содержащей последовательно соединенные несколько активных

и несколько реактивных элементов с различного рода реактивными сопротивлениями.

9. Как величину индуктивности (ёмкости) элемента, эквивалентного нескольким последовательно соединённым индуктивным (ёмкостным) элементам?

10. Напишите соотношения и поясните физическое содержание понятий активной, реактивной, полной мощностей.

11. Укажите значение резонанса напряжений в технике.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Исследование однофазной цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивной катушки и конденсатора. Методические указания к учебно – исследовательской лабораторной работе по курсам “Электротехника”, “Электротехника и основы электроники” для студентов неэлектрических специальностей / Составили В.Т. Козулин, Н.П. Митяшин, СПИ, Саратов, 1986.

2. Электротехника / Под.ред.проф. В.Г.Герасимова.Изд.3-е перераб. и доп. М: Высшая школа, 1985. 480 с.

3. Общая электротехника / Под. Ред.проф. А.Т.Блажкина.Изд.3-е переработ. и дополнен. Л.: Энергия Ленинградское отделение, 1979. 472с.

4. Электротехника / Ю.М.Борисов, Д.И.Липатов, Ю.Н.Зорин.Изд. 2-е перераб. И дополнен. М.: Энергоатомиздат, 1985, 552с.

 

Бесплатно