Внешний вид лабораторной установки и работа с ней
Внешний вид лабораторной установки представлен на рис. 12
Рис. 12. Внешний вид лабораторной установки
- Элементы на рабочей панели
- Элементы на рабочей панели, являющиеся исследуемыми элементами
Ø Лампы
Ø Катушка
- Элементы управления
Ø Галетный переключатель. Расположен над катушкой. Переключает параллельное и последовательное соединение ламп, конденсаторов и катушки.
Ø Ряд блоков ключей для управления подключением ламп, магазина конденсаторов и катушки (расположен под лампами).
ü Блок ключей для управления подключением ламп. Здесь три ключа, один подключает/отключает одну лампу, второй – другую лампу, а третий включает/отключает путь тока в обход ламп.
ü Блок ключей для управления подключением магазина конденсаторов. Здесь два ключа, один подключает/отключает магазин конденсаторов, а другой включает/отключает путь тока в обход конденсаторов.
ü Блок ключей для управления подключением катушки. Здесь два ключа, один подключает/отключает катушку, а другой включает/отключает путь тока в обход катушки.
Ø Ключи, управляющие суммарной ёмкостью конденсаторов. Общая ёмкость будет равна сумме ёмкостей подключенных конденсаторов.
- Элементы, предназначенные для измерения
Ø Клеммы для измерения тока и напряжения на лампах, на конденсаторах, на катушке, и общих тока и напряжения.
ü Первый ряд клемм – для измерения тока и напряжения на лампах. Ток на лампах – между первой и второй клеммой (если амперметр не подключен, то должна стоять перемычка), а напряжение на лампах – между первой и третьей клеммой.
|
|
|
ü Второй ряд клемм – для измерения тока и напряжения на конденсаторах. Ток на конденсаторах – между первой и второй клеммой (если амперметр не подключен, то должна стоять перемычка), а напряжение на конденсаторах – между первой и третьей клеммой.
ü Третий ряд клемм – для измерения тока и напряжения на катушке. Ток на катушке – между первой и второй клеммой (если амперметр не подключен, то должна стоять перемычка), а напряжение на катушке – между первой и третьей клеммой.
ü Четвертый ряд клемм – для измерения общего тока и напряжения. Общий ток – между первой и второй клеммой (если амперметр не подключен, то должна стоять перемычка), а общее напряжение – между первой и третьей клеммой.
Ø Фазометр. Он не подключен, про него написано ниже.
- Элементы сзади рабочей панели
- Элементы сзади рабочей панели, являющиеся исследуемыми элементами
Ø Магазин конденсаторов
- Дополнительно
Ø Реостат
На рисунках 13-23 показаны примеры, как необходимо сконфигурировать элементы управления (помечено красным цветом) для реализации тех или иных схем.
|
|
|
a).  б).  в). 
Рис. 13. Подключение одиночной лампы; а). одиночная лампа; б). первый способ; в). второй способ
|
a).  б).  в).  .
Рис. 14. Параллельное соединение двух ламп; а). параллельное соединение двух ламп; б). первый способ; в). второй способ
|
a). 
б). 
Рис. 15. Параллельное соединение одной лампы и конденсатора на 12 мкф.; а). схема соединения; б). способ подключения
| а). 
б). 
Рис. 16. Последовательное соединение одной лампы и конденсатора на 12 мкф.; а). схема соединения; б). способ подключения
|
a). 
б). 
Рис. 17. Параллельное соединение одной лампы и конденсатора на 20 мкф.; а). схема соединения; б). способ подключения
| a). 
б). 
Рис. 18. Последовательное соединение одной лампы и конденсатора на 12 мкф.; а). схема соединения; б). способ подключения
|
a). 
б). 
Рис. 19. Параллельное соединение одной лампы и катушки; а). схема соединения; б). способ подключения
| а). 
б). 
Рис. 20. Последовательное соединение одной лампы и катушки; а). схема соединения; б). способ подключения
|
а). 
б). 
Рис. 21. Параллельное соединение одной лампы, конденсатора на 12 мкф. и катушки; а). схема соединения; б). способ подключения
| a). 
б). 
Рис. 22. Последовательное соединение одной лампы, конденсатора на 12 мкф. и катушки; а). схема соединения; б). способ подключения
|
а). 
б). 
|
|
|
Рис. 23. Последовательное соединение активного сопротивления, конденсатора на 12 мкф. и катушки; активное сопротивление представлено двумя параллельно соединенными лампами; а). схема соединения; б). способ подключения
Обратите внимание, что лампы между собой в любом случае подключаются параллельно, даже если общее соединение – последовательное, как, например, на рис. 23.
Осуществление измерений
Для измерений напряжения на лампах, напряжения на конденсаторе, напряжения на катушке, а также тока через лампы, тока через конденсатор и тока через катушку, используется набор клемм на рабочей панели стенда. Если какой-либо амперметр не подключен, то соответствующие клеммы должны быть соединены перемычкой. Примеры рассмотрены на рис. 24.
а). 
б). 
в). 
г). 
д). 
е). 
ё). 
Рис. 24. Способы подключения вольтметра и амперметра к клеммам для определения тех или иных параметров; a). общее напряжение и ток на лампах; б). общее напряжение и ток на конденсаторе; в). общее напряжение и ток на катушке; г). общий ток и напряжение на лампах; д). общий ток и напряжение на конденсаторе; е). общий ток и напряжение на катушке; ё). общее напряжение и общий ток.
|
|
|
А на рисунке 25 показано, каким образом необходимо настроить и подключить мультиметр, чтоб использовать его в качестве вольтметра, либо в качестве амперметра в данной работе.
а). 
б). 
Рис. 25). а). Использование мультиметра в качестве вольтметра переменного напряжения с пределом измерения в 200 вольт; б). использование мультиметра в качестве амперметра переменного тока с пределом измерения в 2 ампера
Что мы измеряем?
Мы имеем дело с переменным напряжением. Его мгновенное значение изменяется с течением времени по гармоническому закону 
. Если мы измерим просто 
в какой-то момент времени, то у нас может быть любое значение, от 
до 
. Но что тогда показывает вольтметр? Он показывает действующее значение напряжения.
Допустим, напряжение приложено к активному сопротив-лению 
. Тогда ток 
. Далее, мощность:
И работа, совершаемая электрическим током за один период колебаний
Такая же работа совершилась бы за то же время 
, если бы напряжение было постоянным и имело значение, равное действующему, 
. Ток был бы 
, мощность 
, и работа за время :
Приравниваем работу и выражаем действующее значение напряжения:
А действующее значение тока
Таким образом, вольтметром мы измеряем именно , а не , а амперметром мы измеряем именно 
, а не 
. Почему это важно? Давайте рассмотрим параллельное соединение резистора, конденсатора и катушки. Как известно, при параллельном соедине-нии, напряжение на элементах одинаково, а ток суммируется, то есть, общий ток будет равен 
. Однако, выражение справедливо именно для мгновенных значений тока. Мы же измеряем действующие значения, но в этом случае 
. А какое соотношение должно выполняться для 
, 
, 
и при параллельном соединении резистора, конденсатора и катушки? Из рисунка 2 мы получили соотношение амплитудных значений токов, 
. Разделим его на 
, тогда:
Таким образом, 
, но , хотя . Вот поэтому важно, мы измеряем, или (а измеряем мы ).
А теперь рассмотрим последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки. Как известно, при последовательном соединении, ток на элементах одинаков, а напряжение суммируется, то есть, общее напряжение будет равно 
. Однако, выражение справедливо именно для мгновенных значений напряжения. Мы же измеряем действующие значения, но в этом случае 
. А какое соотношение должно выполняться для 
, 
, 
и при последовательном соединении резистора, конденсатора и катушки? Из рисунка 3 мы получили соотношение амплитудных значений напряжений, 
. Разделим его на , тогда:
Таким образом, 
, но , хотя . Вот поэтому важно, мы измеряем, или (а измеряем мы ).
Лабораторная работа № 3: таблица измерений
| Что под-ключено: | Измерения | Вычисления | ||||||||||||||
| Напряже-ние, U Д | Ток на лампах, I Д R | Ток на конд., I Д C | Ток на катуш., I Д L | Общий ток, I Д,общ | Акт. сопр. ламп, R | Ёмк. сопр. конд., X C | Инд. сопр. катуш., X L | Ёмкость конд., С | Индуктив. катуш., L | Общее сопр., Z | 
| Компл. сопр. Ż | ||||
| 1 лампа | 0 | 0 | ∞ | ∞ | - | - | ||||||||||
| 2 лампы | 0 | 0 | ∞ | ∞ | - | - | ||||||||||
| 1 лампа и конд. на12 мкф | 0 | ∞ | 12 мкф. ? | - | ||||||||||||
| 1 лампа и конд. на20 мкф | 0 | ∞ | 20 мкф. ? | - | ||||||||||||
| 1 лампа и катушка | 0 | ∞ | - | |||||||||||||
| 1 лампа, конд. на 12мкф. и катушка | 12 мкф. ? | |||||||||||||||
Для выполнения указанных подключений, можно воспользоваться следующими рисунками:
- 1 лампа: рис. 13б
- 2 лампы: рис. 14б.
- 1 лампа и конденсатор на 12 мкф.: рис. 15
- 1 лампа и конденсатор на 20 мкф.: рис. 17
- 1 лампа и катушка: рис. 19
- 1 лампа, конденсатор на 12 мкф. и катушка: рис. 21
Для измерения , , , и 
, можно воспользоваться рисунками 24а, 24б, 24в, а также 24ё. Напряжение измеряется в вольтах, ток – в амперах.
Рабочие формулы для заполнения правой части таблицы («вычисления»):
- Общий ток:
[ампер]. Не смотря на то, что этот параметр является измеряемым, можно проверить, совпадает ли измеренное значение с рассчитанным по этой формуле. - Активное сопротивление ламп:
[Ом]. - Ёмкостное сопротивление конденсатора:
[Ом]. - Индуктивное сопротивление катушки:
[Ом].
- Ёмкость конденсатора,
[фарад]. Можно проверить, совпадет ли рассчитанная ёмкость с той, которую мы задали (а задали мы 12, либо 20 микрофарад). Нужно только не забыть перевести фарады в микрофарады.
Кроме того, для расчета нам понадобится значение 
, которое мы найдем как 
, где 
герц.
- Индуктивность катушки,
[генри]. Частота считается также. - Общее сопротивление
[Ом]. Можно использовать две различные формулы: либо 
, либо 
(причем может быть найдено либо прямым измерением, либо вычислением), и сравнить получающиеся результаты между собой. Поэтому колонка разделена на 3 части. - Разность фаз между током и напряжением. Можно рассчитать по формуле
, либо по формуле 
. Колонка не разделена, так как должно получиться одно и то же, просто под арктангенсом сокращается :
- Комплексное сопротивление. Можно записать его в экспоненциальном виде,
, а можно и в линейном, 
. Общее сопротивление можно взять в любой из соответствующих трех колонок (скорее всего, значения будут близкими). Если нет, то колонку 
тоже можно разделить на три. И ещё, обратите внимание, что здесь фигурирует 
(а не ), то есть, это будет 
или 
(или 
, или 
)
Лабораторная работа № 4: таблица измерений
| Что под-ключено: | Измерения | Вычисления | ||||||||||||||
| Ток, I Д | Напр. на лампах, U Д R | Напр. на конд.,U Д C | Напр. на катуш., U Д L | Общ. напр, U Д,общ | Акт. соп. ламп, R | Ёмк. соп. конд., X C | Инд. сопр. катуш., X L | Ёмкость конд., С | Индуктив. катуш., L | Общее сопр., Z |
| Компл. сопр. Ż | ||||
| 1 лампа | 0 | 0 | 0 | 0 | - | - | ||||||||||
| 2 лампы | 0 | 0 | 0 | 0 | - | - | ||||||||||
| 1 лампа и конд. на12 мкф | 0 | 0 | 12 мкф. ? | - | ||||||||||||
| 1 лампа и конд. на20 мкф | 0 | 0 | 20 мкф. ? | - | ||||||||||||
| 1 лампа и катушка | 0 | 0 | - | |||||||||||||
| 1 лампа, конд. на 12мкф. и катушка | 12 мкф. ? | |||||||||||||||
Для выполнения указанных подключений, можно воспользоваться следующими рисунками:
- 1 лампа: рис. 13в
- 2 лампы: рис. 14в.
- 1 лампа и конденсатор на 12 мкф.: рис. 16
- 1 лампа и конденсатор на 20 мкф.: рис. 18
- 1 лампа и катушка: рис. 20
- 1 лампа, конденсатор на 12 мкф. и катушка: рис. 22
Для измерения , , , и 
, можно воспользоваться рисунками 24г, 24д, 24е, а также 24ё. Напряжение измеряется в вольтах, ток – в амперах.
Рабочие формулы для заполнения правой части таблицы («вычисления»):
- Общее напряжение:
[вольт]. Не смотря на то, что этот параметр является измеряемым, можно проверить, совпадает ли измеренное значение с рассчитанным по этой формуле. - Активное сопротивление ламп:
[Ом]. - Ёмкостное сопротивление конденсатора:
[Ом]. - Индуктивное сопротивление катушки:
[Ом].
- Ёмкость конденсатора, [фарад]. Можно проверить, совпадет ли рассчитанная ёмкость с той, которую мы задали (а задали мы 12, либо 20 микрофарад). Нужно только не забыть перевести фарады в микрофарады.
Кроме того, для расчета нам понадобится значение , которое мы найдем как , где герц.
- Индуктивность катушки, [генри]. Частота считается также.
- Общее сопротивление [Ом]. Можно использовать две различные формулы: либо
, либо 
(причем 
может быть найдено либо прямым измерением, либо вычислением), и сравнить получающиеся результаты между собой. Поэтому колонка разделена на 3 части. - Разность фаз между током и напряжением. Можно рассчитать по формуле
, либо по формуле 
. Колонка не разделена, так как должно получиться одно и то же, просто под арктангенсом сокращается :
- Комплексное сопротивление. Можно записать его в экспоненциальном виде, , а можно и в линейном, . Общее сопротивление можно взять в любой из соответствующих трех колонок (скорее всего, значения будут близкими). Если нет, то колонку тоже можно разделить на три. И ещё, обратите внимание, что здесь фигурирует (а не ), то есть, это будет
или 
(или 
, или 
).
Стоит обратить внимание ещё вот на что. При параллельном соединении элементов, общее сопротивление считается по формуле . Если какой-то элемент отсутствует, его сопротивление условно принимается равным бесконеч-ности. Бесконечность в отрицательной степени дает ноль, и формула по-прежнему работает. Например, пусть у нас параллельное соединение ламп и конденсатора, а катушка не подключена. Сопротивление катушки условно бесконечное. Тогда получаем: 
- верная формула для общего сопротивления параллельно подключенных активного сопротивления и конденса-тора.
Но при последовательном соединении, когда общее сопротивление считается по формуле , дело обстоит иначе. В этом случае, сопротивление отсутствующего элемента условно принимается равным нулю. Например, пусть у нас последовательное соединение ламп и конденсатора, а катушка не подключена. Сопро-тивление катушки условно нулевое. Тогда получаем 
- верная формула для общего сопротивления последовательно подключенных активного сопротивления и конденсатора.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 87; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!