Соотношения между напряжениями при последовательном соединении элементов
Цель лабораторной работы - исследование
соотношений между напряжениями при последовательном соединении элементов.
Объект и средства исследования. Схема
исследуемых цепей представлена на рисунках (рис.1 и рис.2). Цепь содержит
индуктивную катушку, имеющую активное сопротивление Rk
и индуктивность Lk,
батарею конденсаторов C1+C19
и резисторы R1
и R2.
Все элементы соединены последовательно.
Электрическая цепь получает питание от источника
регулярного напряжения (PH),
в качестве которого используется лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) с
вольтметром во вторичной цепи. Движок ЛАТРа и вольтметр установлены на
горизонтальной панели стенда ЭВ-4. Цепь к PH
подключают через измерительный комплект К 505. Все элементы цепи расположены на
вертикальных панелях стенда. Силу тока и активную мощность цепи измеряют
приборами измерительного комплекта К 505.
Напряжение на всех элементах цепи измеряют с
помощью одного цифрового вольтметра В7-22А, который подключают с помощью щупов
к соответствующим точкам цепи.
Рис. 1
Рис. 2
Ход выполнения работы
Опыт №1
. Ступенчато увеличивая кнопочными выключателями
SB1…SB19
емкость батареи конденсаторов от 10 до 220 мкФ, измерить напряжение на всех
элементах цепи (прибором В7-22А), общий ток и мощность (приборами
измерительного комплекта К 505). Результаты измерений занести в таблицу 1.1
Таблица 1.1
|
Измерено
|
Вычислено
|
|
Напряжение
при входе цепи U=13 В
|
|
С
|
I
|
P
|
UC
|
UR
|
UK
|
XC
|
XK
|
RK
|
R1+R2
|
ZK
|
Z
|
cosφ
|
URK
|
UXK
|
|
мкФ
|
А
|
Вт
|
В
|
В
|
В
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
-
|
В
|
В
|
|
20
|
0,1
|
0,5
|
15,2
|
3,2
|
3,5
|
152
|
30,01
|
18
|
32
|
35
|
130
|
0,38
|
1,8
|
3,0
|
|
40
|
0,18
|
1,5
|
14,8
|
6,1
|
6,8
|
82,22
|
35,7
|
12,41
|
33,89
|
72,2
|
0,64
|
2,23
|
6,4
|
|
60
|
0,22
|
2,5
|
12,5
|
7,8
|
8,7
|
56,81
|
36,08
|
16,2
|
35,45
|
39,55
|
59,1
|
0,87
|
3,56
|
7,9
|
. По результатам измерений для каждого значения
емкости следует вычислить параметры:
(1); 
(2); 
(3); 
(4);
(5); 
(6);
(7); 
(8); 
(9).
.Результаты вычислений занести в таблицу 1.1
4. По результатам измерений построим
для каждого опыта в выбранном масштабе векторные диаграммы тока и
топографические векторные диаграммы напряжений, выделив векторы
и 
Рис. 3 Векторная диаграмма для
первого опыта
Рис. 4 Векторная диаграмма для
второго опыта
Рис. 5 Векторная диаграмма для
третьего опыта
Опыт № 2.
. Из схемы исключить резисторы R1 и R2 (рис.2).
Установить вновь напряжение на входе цепи и, изменяя емкость батареи
конденсаторов, добиться режима резонанса, при котором ток в цепи максимален.
При этом напряжение на катушке индуктивности должно быть примерно равно напряжению
на конденсаторах. Результаты измерения тока, мощности и напряжений на
индуктивности и емкости записать в таблицу 2.1
Таблица 2.1
|
№
|
Измерено
|
Вычислено
|
|
Напряжение
на входе цепи U= 17 В
|
|
С
|
I
|
P
|
UC
|
UR
|
UK
|
XC
|
XK
|
RK
|
R1+R2
|
ZK
|
Z
|
cosφ
|
URK
|
UXK
|
|
мкФ
|
А
|
Вт
|
В
|
В
|
В
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
Ом
|
-
|
В
|
В
|
|
1
|
40
|
3
|
31,8
|
-
|
16,18
|
77,56
|
35,19
|
17,85
|
0
|
39,46
|
41,46
|
0.43
|
7,32
|
14,43
|
|
2
|
60
|
0,79
|
10
|
41,46
|
-
|
30,91
|
52,48
|
35,7
|
16,02
|
0
|
39,13
|
21,52
|
0.74
|
12,66
|
28,21
|
|
3
|
80
|
1,28
|
21,25
|
49,03
|
-
|
47,92
|
38,3
|
35,12
|
12,97
|
0
|
37,44
|
13,28
|
0.98
|
16,61
|
44,96
|
|
4
|
90
|
1,3
|
21,25
|
44,69
|
-
|
48,66
|
34,38
|
35,26
|
12,57
|
0
|
37,43
|
13,08
|
0,96
|
16,34
|
45,84
|
|
5
|
100
|
1,23
|
20
|
38,59
|
-
|
46,45
|
31,37
|
35,37
|
0
|
37,76
|
13,82
|
0.97
|
16,26
|
43,51
|
|
6
|
120
|
1,03
|
13,75
|
26,86
|
-
|
39,39
|
26,08
|
35,98
|
12,96
|
0
|
38,24
|
16,51
|
0.79
|
13,35
|
37,06
|
|
7
|
140
|
1,00
|
12,5
|
26,11
|
-
|
38,86
|
26,11
|
36,79
|
12,5
|
0
|
38,86
|
17,0
|
0.74
|
12,5
|
36,79
|
. По результатам измерений для каждого значения
емкости следует вычислить параметры:
схема электрический напряжение
(10); (11); (12); (13);
(14) ; (15);
(16); (17); (18).
.Результаты вычислений запишем в
таблицу 2.1
4. По результатам измерений построить на одном
графике зависимости:
I = f(
), 
= f(), 
= f(), 
= f(), 
= f(), Z = f()
(Рис.
6). Построить
в выбранном масштабе векторную диаграмму для случая резонанса.
Рис. 6
Таблица 1.3
|
Номер
функциина рис. 6
|
Функция
y=f(x)
|
Масштаб
|
|
1
|
I=f(Xc)
|
µI=0.01 А;
µxc=1 Ом
|
|
2
|
Uc= f(Xc)
|
µUC
=1 B;
µxc=1 Ом
|
|
3
|
Uk= f(Xc)
|
µUk=1
B; µxc=1 Ом
|
|
4
|
cosφ= f(Xc)
|
µcosφ=0.01;
µxc=1 Ом
|
|
5
|
Z= f(Xc)
|
µz=1
Ом;
µxc=1 Ом
|
5.По данным графика определить
резонансное сопротивление и емкость Cэкс.. Рассчитать
резонансную емкость Cрез, учитывая
параметры катушки индуктивности (L=0,1 Гн). Сравнить экспериментальное
значение емкости Cрез с расчетным.
Определить относительную погрешность.
Резонансное сопротивление:=34,38 Ом.
При резонансе 
;
(19);
(20);
=101мкФ.
Относительная погрешность равна:
.
Вывод: мною были проведены опыты, с
помощью которых были исследованы соотношения между напряжениями при
последовательном соединении элементов.