- •Лабораторные работы введение Величины
- •Измерения
- •Правила вывода единиц из формул:
- •Погрешности
- •Порядок вычисления погрешностей результатов измерения физической величины
- •Определение цены деления многопредельного прибора.
- •Лабораторная работа №1. Проверка объединенного газового закона. (уравнение газового состояния).
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Определение удельной теплоты парообразования.
- •I. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •I. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Контрольные вопросы первого и второго уровня.
- •Определение коэффициента поверхностного натяжения методом капель.
- •1.Теоретическое введение.
- •Определение электроемкости конденсатора.
- •1. Теоретическое введение.
- •Определение удельного сопротивления проводника.
- •1.Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Лабораторная работа № 7. Определение внутреннего сопротивления и эдс источника электрического тока.
- •1.Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •7.Измерительные приборы вольтметр и амперметр15.
- •Изучение зависимости сопротивления металлов от температуры
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания от напряжения на ее зажимах.
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Контрольные вопросы
- •Определение электрохимического эквивалента меди.
- •1.Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Изучение электрических свойств полупроводникового диода.
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Изучение устройства и работы трансформатора.
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Исследование цепи переменного тока, содержащей катушку индуктивности и конденсатор. Повышение коэффициента мощности.
- •1 .Теоретическое введение.
- •2.Ход работы.
- •Определение показателя преломления стекла.
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •«Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки».
- •Теоретическое введение.
- •2.Ход работы:
- •Проверка законов освещенности.
- •Теоретическое введение.
- •Ход работы.
- •«Исследование линейчатых спектров испускания».35
- •1. Теоретическое введение и описание установки.
- •Лабораторная работа №18. Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.
- •1. Теоретическое введение.
- •При малых углах отклонения математического маятника колебания будут
- •2. Ход работы.
- •Определение фокусного расстояния линзы.
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Изучение фотоэффекта.
- •1. Теоретическое введение.
- •2. Ход работы.
- •Определение показателя преломления с помощью дисперсионного рефрактометра.3
- •1. Теоретическое введение.
- •2 Среда
- •2. Ход работы.
Исследование цепи переменного тока, содержащей катушку индуктивности и конденсатор. Повышение коэффициента мощности.
Приборы и принадлежности, используемые в работе:
Источник переменного тока.
Катушка индуктивности.
Вольтметр (предел 60 В). Общий.
Амперметр (предел 0,25 А).
Магазин конденсаторов.
Соединительные провода.
Цель работы:
Исследовать на опыте как влияет включение индуктивности и емкости в цепь переменного тока, ознакомиться на опыте с явлением электрического резонанса и установить каким путем повышается коэффициент мощности в цепи переменного тока.
1 .Теоретическое введение.
Электрические цепи переменного тока наряду с R, активным сопротивлением потребителя и подводящих проводов, могут содержать индуктивность L и емкость С. В общем виде такая цепь имеет вид, показанный на рис.1. В такой цепи действуют три переменных электрических поля:
рис.1
Поле созданное источником тока характеризуется э.д.с. определяемой формулой:
Поле самоиндукции характеризуется э.д.с. самоиндукции:
Поле зарядов, скапливающихся на обмотках конденсатора, характеризуется разностью потенциалов:
На активном сопротивлении цепи R переменный ток и напряжение совпадают по фазе. Переменный ток в цепи с индуктивностью L будет отставать по фазе от напряжения на
Переменный ток в цепи с емкостью С опережает напряжение по фазе на угол .
В результате действия всех причин результирующая э.д.с. на концах в цепи отливается по фазе от тока на некоторый угол, который определяется с помощью векторной диаграммы.
Рис. 2
Так как сила тока во всех участках цепи одинакова, то по горизонтали (см. рис.2) расположим вектор, равный модулю величине IмR (базисный вектор) амплитуда напряжения на активном участке цепи.
Напряжение на емкости С отстает от тока на поэтому вектор напряжения на С повернут относительно тока на угол по часовой стрелке. Модуль этого вектора равен , где Хс - емкостное сопротивление.
Напряжение на индуктивности опережает ток на , поэтому вектор напряжения на индуктивности повернут на угол против часовой стрелки. Модуль этого вектора равен , где -индуктивное сопротивление.
Результирующую амплитуду э.д.с. определяют по правилу сложения векторов. Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и результирующей э.д.с. определяется по формуле:
(1)
Величину найдем, воспользовавшись теоремой Пифагора:
(2)
Величина
(3)
называется полным сопротивлением цепи переменного тока. Закон Ома для цепи переменного тока имеет вид:
(4)
Из формул (1) и (4) следует, что сдвиг фаз между током в цепи и напряжением на концах цепи определяется формулой:
(5)
Величина играет большую роль в эффективности цепи переменного тока, так как средняя активная мощность переменного тока, показывающая, сколько энергии ежесекундно передается электрическим током данному участку цепи, определяется формулой:
(6)
Здесь I действующее значение тока в цепи, U -действующее значение напряжения на концах цепи. Величина называется коэффициентом мощности цепи, она определяется формулой (5). Коэффициент мощности характеризует потери энергии в цепи и поэтому является важнейшей характеристикой цепи переменного тока.
рис. 3
рис. 4
Если в цепи большое емкостное сопротивление ( > ), см. рис.3, или большое индуктивное сопротивление ( > ), см. рис.4, то угол будет намного больше 0 и намного меньше I. A это приводит к увеличению потерь электроэнергии в цепи. В этих случаях для получения нужной - полезной мощности в цепи необходимо увеличить силу тока, что приводит к увеличению тепловых потерь в цепи. Таким образом, для увеличения активной мощности переменного тока и уменьшения потерь электроэнергии надо повышать коэффициент мощности .
Из рис.2 видно, что надо так проектировать электрические цепи, чтобы в них как можно меньше была величина
Угол будет равен 0, если в цепи выполняется условие: = .
Так как и , то условие, при котором коэффициент мощности равен максимальному значению I, имеет вид:
(7)
В этом случае, согласно формуле (3) полное сопротивление цепи переменного тока, содержащей индуктивность и емкость, становится чисто активным, а коэффициент мощности: согласно формуле (5), становится равным I. В этом случае говорят, что в цепи возникает электрический резонанс и в цепи течет максимальный по величине ток при данном напряжении, приложенным к концам цепи.
В данной лабораторной работе путем изменения величины емкости С, включенной в цепь переменного тока, добиваются выполнения условия электрического резонанса (7).
При этом величина L - индуктивность, включенная в цепь, Р - активное сопротивление цепи и - круговая частота переменного тока, остаются постоянными.
Задачей данной работы является обнаружение явления электрического резонанса в цепи переменного тока путем исследования зависимости мощности, развиваемой током в цепи, от величины емкости конденсатора С, включенного в цепь (см. рис. 1).
Для этого по полученным данным строится график зависимости мощности Р от емкости С. По графику определяется при каком значении С будет максимальной мощность, т.е. будет выполнено условие резонанса.