Введение. Цель: Исследовать зависимости электрического сопротивления и индуктивности контура от частоты переменного тока

ИЗУЧЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Работа № 7

Цель: Исследовать зависимости электрического сопротивления и индуктивности контура от частоты переменного тока.

Оборудование: Лабораторная работа «Изучение вынужденных электрических колебаний» ФПЭ-11 проводится на установке, собранной по схеме (рис. 7.3) и состоящей из рабочего устройства — модуля ФПЭ-11 (рис. 7.1), магазина сопротивлений, магазина емкостей, модуля ИП, генератора ГЗ-121 и осциллографа С1-93. Принцип работы заключается в получении вынужденных колебаний, возникающих в колебательном контуре под воздействием внешней ЭДС, изучении явлений, наблюдаемых при внешнем возбуждении колебаний с частотами, близкими к резонансной, и в исследовании зависимости амплитуды и фазы этих колебаний от частоты вынуждающего воздействия. Для возбуждения колебаний в электрический контур (модуль ФПЭ-11, магазин емкостей, магазин сопротивлений) с генератора подается переменное напряжение. Наблюдение вынужденных колебаний ведется по экрану осциллографа, подключенного согласно схеме к модулю ФПЭ-11.

Рис. 7.1. Модуль ФПЭ- 11

Вынужденные электрические колебания происходят в контуре под действием переменного напряжения. Если в электрическую цепь, содержащую катушку с индуктивностью L, включить переменную ЭДС

то в цепи, кроме ε, будет наводиться ЭДС самоиндукции

Ток в таком контуре колеблется с той же частотой ω, что и приложенная ЭДС, но отстает по фазе на :

Амплитуда тока I_m пропорциональна амплитуде ЭДС:

(1)

где Z — полное сопротивление контура переменному току (импеданс контура),

(2)

где R — активное сопротивление цепи, X_L = ωL — индуктивное сопротивление цепи, L — индуктивность соленоида, ω = 2πν — циклическая частота переменного тока, ν — частота тока.

Индуктивность характеризует свойство контура создавать собственное потокосцепление и равна магнитному потоку Ф_m, сцепленному с контуром, при единичном токе в нем:

Индуктивность контура зависит от его размеров, формы и магнитной проницаемости среды μ_r, окружающей контур. Например, величина индуктивности длинного соленоида

(3)

где μ₀ — магнитная постоянная, N — число витков соленоида, S — площадь сечения сердечника соленоида, l — длина средней осевой линии сердечника.

Индуктивность соленоида с ферромагнитным сердечником зависит еще и от тока I, протекающего в обмотке. Это следует из того, что магнитная проницаемость ферромагнетиков μ_r зависит от напряженности H магнитного поля, которая определяется током в соленоиде:

(4)

Дата добавления: 2015-06-04