Измерение активного сопротивления

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Измерение неизвестного сопротивления состоит в сравнении падения напряжения на нем с падением напряжения на другом, известном сопротивлении, по которому протекает тот же ток.

Измерения. 1.Соберите электрическую цепь по схеме (рис.10).

Рис.10

R₀ – одно из сопротивлений магазина (эталонное), R_x – резистор с неизвестным сопротивлением (установлен под панелью).

2.Установите на магазине сопротивление, например 2 кОм. Вообще говоря, оно может быть каким угодно. Но следует иметь в виду, что его нельзя брать слишком малым, так как при этом ток может оказаться значительным и превысить допустимую величину для магазина сопротивлений.

3.Включите осциллограф и трансформатор в сеть, установите напряжение по вольтметру 30 В.

4.Переключателем П подключите вертикально отклоняющие пластины к R₀. Измерьте длину вертикального следа L₀ и запишите результаты в табл.3.

Таблица 3

R₀, Ом	L₀, мм	L_x, мм	R_x, Ом

5.Переключите пластины на неизвестное сопротивление R_х , измерьте длину следа L_х.

6.Проведите аналогичные измерения с другими значениями эталонного сопротивления – 3 и 4 кОм.

Обработка результатов измерений. 1.Ток I, протекая по сопротивлениям R_x и R₀, вызывает падение напряжения на них

Разделив их почленно , получим такую пропорцию:

Длины вертикальных следов пропорциональны соответствующим напряжениям, поэтому

Отсюда находится искомая величина неизвестного сопротивления

. (18)

2.Вычислите R_x для всех измерений, содержащихся в табл.3, найдите его среднее значение и погрешность по Стьюденту.

Упражнение 5

Определение мощности и сдвига фаз между током и напряжением

Известно, что активная мощность переменного тока на нагрузке Z вычисляется по формуле (см. лабораторную работу №325)

, (19)

где I и U – ток и напряжение (эффективные значения) на нагрузке Z, соответственно,

j – сдвиг фаз между током и напряжением.

Осциллографический способ измерения тока и напряжения приведен выше. Рассмотрим, как определяется сдвиг фаз в случае, когда нагрузка состоит из последовательно соединенных резистора R₀ и активно-реактивной части Z (рис.11). В обеих частях протекает одинаковый переменный ток

Он создает на этих нагрузках падения напряжения

(20)

При изображенном на рис.11 варианте соединения отклоняющих пластин ЭЛТ с нагрузкой напряжение на активной нагрузке R₀ вызывает колебание луча в горизонтальном направлении, а напряжение на нагрузке Z – в вертикальном

(21)

где

Z – модуль комплексного сопротивления нагрузки Z.

В результате на экране происходит сложение двух взаимно перпен-дикулярных колебаний различной амплитуды и отличающихся по фазе на j радиан друг от друга. Такое физическое явление рассмотрено в лабораторной работе №331, где получено уравнение результирующего колебания – уравнение эллипса (5)

. (22)

Ориентация эллипса на поверхности экрана зависит от разности фаз j. Свяжем с ней некоторые характерные точки эллипса (рис.12).

Рис.11 Рис.12

Если положить в уравнении (22) x=0, то получим ординаты точек пересечения эллипса с осью y

Пересечение с осью х найдем аналогично из условия у=0

(23)

Из уравнений (22) видно, что а и b – наибольшие отклонения луча от центра экрана, которые можно определить по изображению на экране (рис.12).

(24)

При этом формула для определения сдвига фаз j согласно выражению (23) будет иметь следующий вид:

(25)

В формулу для вычисления мощности (19) входит cos j , который может быть определен из соотношений

(26)

Итак, активная мощность в цепи переменного тока синусоидальной формы, рассеиваемая на нагрузке Z, определяется из осциллографических измерений по формуле, составленной из выражений (19), (15), (17)

(27)

Измерения. 1.Соберите электрическую цепь по схеме (рис.13).

Рис.13

2.Поставьте на магазине сопротивление R₀=800 Ом.

3.Предложите преподавателю или лаборанту проверить собранную цепь.

4.Включите осциллограф.

5.Переключатель П поставьте на индуктивную нагрузку Z_L.

6.Включите трансформатор в сеть и потенциометром R установите по вольтметру напряжение 50 В.

7.Запишите в табл.4 R₀ и ток в нагрузке.

Таблица 4

R₀, Ом	I, мА	L_x, мм	L_у, мм	х₁, мм	у₁, мм	sin j	j, град.	cos j	P_a, Вт	Р_П, ВА

8.На экране осциллографа должен быть виден эллипс. Если размеры его Вас не устраивают, их можно изменить только входным напряжением, так как усилители отключены и регуляторы усиления осциллографа не действуют.

Наложите на экран листочек кальки подходящих размеров и срисуйте аккуратно эллипс. Не сдвигая кальку, поставьте переключатель П в нейтральное положение. При этом на экране должна возникнуть вертикальная линия. Отметьте местоположение ее концов на кальке, чтобы потом прочертить прямую по линейке.

9.Не сдвигая кальку, снизьте входное напряжение, показываемое вольтметром, до нуля. При этом вертикальная линия стягивается в точку, которую отметьте на кальке (центр эллипса).

10.Запишите на кальке вид нагрузки и величину R₀.

11.Повторите действия, указанные в п.7-10, для R₀ 600 и 400 Ом.

12.Поставьте переключатель П на емкостную нагрузку Z_C и проведите аналогичные измерения при значениях R₀ 1; 2; 3 кОм.

Обработка результатов измерений. 1.Проведите через центр каждого эллипса вторую координатную ось перпендикулярно имеющейся.

2.Определите на всех кальках L_x, L_y, x₁, y₁.

3.Рассчитайте по ним sin j, cos j, j.

4.Рассчитайте активную мощность на нагрузке Z по формуле (27).

5.Определите полную мощность на нагрузке по формуле

(28)

где I – ток, измеренный миллиамперметром.

Контрольные вопросы

1.Назначение электронного осциллографа. Какими уникальными качествами он обладает как измерительный прибор?

2.Из каких основных блоков состоит осциллограф? Каково назначение каждого из них?

3.Устройство электронно-лучевой трубки. Какие физические явления используются при ее работе?

4.Каким образом регулируется яркость изображения на экране?

5.Как достигается фокусировка электронного пучка на экране?

6.Рассмотрите движение электрона в поперечном электрическом поле отклоняющих пластин и получите формулу чувствительности.

7.Как измерить чувствительность отклоняющих пластин осциллографа? Можно ли подобным способом измерить чувствительность вертикального входа осциллографа?

8.Что такое развертка? Какие требования предъявляются к напряжению развертки и генератору этого напряжения? Что такое ждущая развертка?

9.Что такое синхронизация развертки?

10.Опишите принцип получения осциллограммы переменного периодического электрического сигнала.

11.Как производится измерение амплитуды сигнала? В чем особенность осциллографического способа измерения напряжения по сравнению с измерением его вольтметром?

12.Можно ли измерить с помощью осциллографа ток и электрическое сопротивление резистора? Как это сделать?

13.Как измерить мощность переменного электрического тока, потребляемую нагрузкой?

Список рекомендуемой литературы

1.Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1977. §188.

2.Кортнев А.В.,Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. М.: Высшая школа, 1963. С.286.

3.Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука, 1998. Кн.2. §10.2.

Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 47; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!