Цель работы: Познакомиться с цепью переменного тока.
Оборудование: Катушка индуктивности, железный стержень, миллиамперметр, регулируемый источник переменного напряжения 50Гц, магазин емкости.
I. Теоретическое введение
Конденсатор, включенный в цепь постоянного тока, имеет бесконечно большое сопротивление (разрыв цепи). Если тот же конденсатор включить в цепи переменного тока, то он будет обладать конечным сопротивлением, зависящим от емкости конденсатора и от частоты тока:
(1)
Катушка индуктивности, включенная в цепь постоянного тока, имеет очень малое сопротивление (в идеале нулевое). Если ту же катушку включить в цепь переменного тока, то она будет иметь конечное сопротивление, зависящее от индуктивности катушки и от частоты тока:
(2)
Такие сопротивления (1) и (2) у конденсатора и катушки индуктивности будут, если их подключать к источнику напряжения индивидуально:
|
 |
 | |||
 |
Ток в цепи будет определяться подобно обычному активному сопротивлению R законом Ома:
; 
; 
При последовательном соединении конденсаторов или катушек полное сопротивление будет суммой: х=х1+х2+…
При параллельном соединении конденсаторов или катушек будут складываться обратные величины:
|
 |  | ||
|
|
|
|
или
 | |||||||||||
 | |||||||||||
 |  | ||||||||||
 | | ||||||||||
рис.1
то они будут проявлять совершенно удивительные свойства. Ток в цепи рис.1а будет меньше, чем при отдельно включенных L и C. Это означает, что общее сопротивление параллельно соединенных L и C больше, сопротивление ХL или ХC в отдельности (как ведет себя параллельное соединение обычных активных сопротивлений?). Ток в цепи рис.1б будет больше, чем при отдельно включенных L или C. Это означает, что общее сопротивление ХL или ХC в отдельности. (Как ведет себя последовательное соединение обычных активных сопротивлений?).
Формулы для вычисления общих сопротивлений рис.1а и 1б следующие:
L и C параллельно: 
(3)
L и С последовательно: 
(4).
При совместном соединении L, С и R формулы усложняются. Из формулы (3) видно, что при определенном соотношении между L, С и Ω, а именно, при
(5)
Сопротивление Х обращается в ∞, а ток I→0, т.е. схема рис.1а при условии (5) превращается в
Из формулы (4) видно, что при условии (5) Х=0, а ток I→∞, т.е. схема рис.1б при этом условии превращается в
Эти явления называются резонансом.
Для реальной катушки индуктивности и конденсатора, т.е. когда в схеме активное сопротивление, ток, конечно, не стремится к нулю или бесконечности, а принимает минимальное или максимальное значение. Верно и обратное, т.е. если ток в схеме рис.1а при изменении параметров L, С, Ω становиться минимальным, то эти параметры связаны соотношением (5).
Аналогично для схемы рис.1б, только ток там принимает максимальное значение.
II. Выполнение работы
1. Прочитать теоретическое введение и продумать ответы на контрольные вопросы.
2. Подготовить бланк отчета: записать необходимые формулы с пояснениями, перенести таблицы.
3. Собрать схему рис.2. Катушку подключить на 1200 витков, включить 300мА миллиамперметр.
Включить источник напряжения, установить такое напряжение, чтобы ток был 120 – 150мА, записать в самую нижнюю строку таблицы (Во всех остальных опытах установленное напряжение не менять).
Вставить в катушку железный стержень (сердечник).
Записать ток в цепи.
4. Собрать схему рис.3. Изменяя емкость от 1 до 100 мкФ. Записать изменение тока. Снять примерно 7 – 10 точек.
5. Собрать схему рис.4. Катушку подключить без сердечника. Изменяя емкость от 1 до 100 мкФ записать изменение тока. Снять примерно 10 – 15 точек.
6. 
|
7.
|
8. Построить график зависимости тока от емкости.
9. 
Используя полученные данные определить индуктивность катушки с сердечником и без сердечника по формуле (5).
 | | |||||||||||||
 | ||||||||||||||
 | ||||||||||||||
 |  | |||||||||||||
 | ||||||||||||||
 | ||||||||||||||
|
|
|
рис.2 рис.3
 | |||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||
 |  | ||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||
 |  |
|
|
 |  | ||||||||||
 | |||||||||||
 | |||||||||||
 |  |
|
рис.4 рис.5
Контрольные вопросы
1. Ответить на вопросы в тексте.
2. Почему ток в цепи в опыте 3-его пункта изменился при вставлении сердечника?
3. Как зависит сопротивление конденсатора в цепи переменного тока от частоты? Каково сопротивление конденсатора на нулевой частоте?
4. Как увеличить сопротивление конденсатора в цепи переменного тока, если нет возможности изменить его емкость?
5. Найти сопротивление данной катушки в цепи 50 Гц.
Таблица 3
| L = 0 рис.3 | С и L параллельно Рис.4 | С и L последовательно рис.5 | |||||||
| без серд. | с серд. | без серд. | с серд. | ||||||
| С(мкФ) | I(мА) | С(мкФ) | I(мА) | С(мкФ) | I(мА) | С(мкФ) | I(мА) | С(мкФ) | I(мА) |
| С = 0 | рис.2 |
