Практическая часть Описание установки. Вывод расчетных формул

Используемая в данной работе установка соответствует электрической схеме, изображенной на рис. 7. Две вспомогательные катушки L₁ и L₂ позволяют наблюдать колебания на экране осциллографа и слышать звук, если генератор работает в звуковом диапазоне. Эти катушки имеют несколько десятков витков и совершенно равноценны. К одной катушке подключается динамический громкоговоритель, а с помощью второй катушки исследуемый сигнал подается на вход OY осциллографа.

Период колебаний в колебательном контуре рассчитывается по формуле Томсона:

, (10)

где - индуктивность колебательного контура и подводящих проводов, а - емкость подводящих проводов и всей схемы в целом.

Если параллельно к разъему подсоединить дополнительный конденсатор с емкостью , то период колебаний изменится

. (11)

Если заменить конденсатор с емкостью на конденсатор с емкостью , то период будет равен

. (12)

При известных значениях и , измерив периоды колебаний и , можем из уравнений (11) и (12) получить и . Возведем в квадрат уравнения (11) и (12):

, (13)

. (14)

Разделим уравнение (14) на уравнение (13), получим

,

отсюда выразим

. (15)

Вычтем из (14) уравнение (13)

,

отсюда получим

. (16)

Теперь, зная и , можно найти значение индуктивности катушек со вставленными сердечниками и значение емкости неизвестных конденсаторов.

Действительно, период колебаний генератора определяется формулой Томсона:

,

где L – индуктивность катушки со вставленным сердечником, отсюда

. (17)

Следовательно, определив опытным путем Т, найдем индуктивность L.

Если присоединить к цепи конденсатор с неизвестной емкостью С, то период колебаний генератора изменится:

,

отсюда

. (18)

Порядок выполнения работы

Часть I Определение индуктивности катушки и емкости конденсатора с помощью генератора электромагнитных колебаний

1. Включите в сеть осциллограф, дайте ему прогреться 5 – 10 мин.

2. Сфокусируйте луч на экране осциллографа, отрегулируйте его яркость, ручками «вверх – вниз» - , «влево – вправо» - установите линию в центр экрана.

3. Нажмите кнопку для установки в миллисекундах (мс) размерности времени по горизонтальной оси измерительной сетки осциллографа.

4. На панели ЗАПУСК нажмите кнопку .

5. Ручку УСИЛИТЕЛЯ поставьте в положение 0,5 V/ДЕЛ.

6. Ручку РАЗВЕРТКИ поставьте в положение 0,2 ВРЕМЯ/ДЕЛ. В этом случае одно большое деление горизонтальной оси сетки на экране осциллографа соответствует 0,2 мс, а цена наименьшего деления по горизонтальной оси равна . Запишите значение цены деления в таблицу 1.

7. Подключите динамический громкоговоритель к катушке L₁.

8. Подключите осциллограф к катушке L₂.

9. Подсоедините к клеммам схемы дополнительный конденсатор С₁ = 1 мкФ.

10. Подсоедините провода питания генератора к блоку питания при строгом соблюдении полярности.

11. Включите в сеть блок питания генератора, установите на нем напряжение 3 - 4 В.

12. Получите в динамике звуковой сигнал, а на экране осциллографа периодический сигнал (синусоиду) с помощью ручки УРОВЕНЬ на передней панели осциллографа и подбирая ручкой резистора положение рабочей точки транзистора.

13. Подсчитайте количество наименьших делений между двумя соседними максимумами (или минимумами), запишите результат в таблицу 1.

14. Определите период колебаний T₁. Для этого умножьте количество делений между соседними максимумами (или минимумами) на цену деления (для РАЗВЕРТКИ 0,2 ВРЕМЯ/ДЕЛ она соответствует 0,04 мс). Результат запишите в таблицу 1.

15. Подсоедините к клеммам схемы дополнительный конденсатор С₂ = 10 мкФ и определите по шкале осциллографа период колебаний T₂ аналогично пунктам 15 - 16.

16. По формуле (15) найдите значение емкости подводящих проводов и всей схемы в целом .

17. По формуле (16) найдите значение индуктивность колебательного контура и подводящих проводов .

18. Результаты вычислений запишите в таблицу 1.

19. Вставьте в катушку круглый ферритовый сердечник.

20. По шкале осциллографа найдите период колебаний Т аналогично пунктам 15 - 16. Результаты запишите в таблицу 2.

21. По формуле (17) вычислите индуктивность катушки с данным сердечником.

22. Проделайте пункты 21 - 23 с П-образным, затем с ферритным сердечником квадратного сечения.

23. Результаты занесите в таблицу 2. Сделайте выводы.

24. Подсоедините к клеммам конденсатор с неизвестной емкостью .

25. По шкале осциллографа измерьте период колебаний аналогично пунктам 15 - 16.

26. По формуле (18) найдите емкость этого конденсатора.

27. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

28. Выполните пункты 26 – 29 для второго конденсатора с неизвестной емкостью .

29. Поверните ручку резистора до упора против часовой стрелки, выключите блок питания схемы.

Таблица 1

№ п/п	С, мкФ	Цена деления, мс	Число делений	Т, с	, мкФ	, Гн
1	1
2	10

Таблица 2

Сердечник:	Цена деления, мс	Число делений	Т, с	L, Гн
круглый
П-образный
квадратный

Таблица 3

№ п/п	Цена деления, мс	Число делений	Т, с	С, мкФ
1
2