Лабораторная работа выполняется на стенде Ф-01 ЭиМ «Электричество и магнетизм» (рис.5.2).
Рис.5.2. Внешний вид стенда Ф-01 ЭиМ
Элекрическая схема работы представлена на рис.5.3. Трансформатор однофазный, с двумя вторичными обмотками с числом витков 
и 
. При замкнутом ключе 
и разомкнутом 
исследуется режим холостого хода трансформатора. При замкнутых ключах и исследуется рабочий режим трансформатора.
Рис.5.3.Электрическая схема установки.
Порядок выполнения работы.
1. Собрать электрическую схему согласно рис.5.3.
2. Ключ замкнуть, разомкнуть. Вольтметром изменить напряжение на концах первичной и вторичных обмоток. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица № 1. Результаты измерений
 , B
|
 , B
|
 , B
| Число витков | коэф. трансформации | ||||
| 
|
| 
| 
| ||||
3. Определить число витков вторичных обмоток трансформатора по формулам:
= 
; = 
4. Вычислить коэффициенты трансформации по формулам:
К1,2= 
;K1,3 = 
Результаты измерений занести в таблицу № 1.
5. Замкнуть ключ 
. Для 5 - 6 положений движка реостата измерить напряжения , и силу тока 
, 
в обмотках 1 и 2 трансформатора. Результаты измерений занести в таблицу №2.
Таблица№2. Результаты измерений
| № | , B
|  , A
| , B
| , A
|  , Вт
|  , Вт
| 𝜂,% |
6. Для каждого зафиксированного положения движка реостата рассчитать мощность электрического тока в первичной и вторичной обмотках, а также КПД трансформатора по формулам:
= 
; = 
, 𝜂 = 
100%.
Результаты вычислений занести в таблицу №2.
7. Построить график зависимости 𝜂 от потребляемой мощности во вторичной обмотке.
8.Сформулировать выводы по выполненной работе.
Контрольные вопросы
1. Что такое трансформатор и для чего он предназначен?
2.Что такое автотрансформатор?
3.Что такое коэффициент трансформации?
4. От чего зависит КПД трансформатора?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.1
ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНЫХ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА
Цель работы: Ознакомиться с методикой исследования свободных затухающих колебаний, определить логарифмический декремент затухания колебаний и коэффициент вязкого сопротивления колебаниям.
Приборы и принадлежности
1. Штатив.
2. Сосуд с жидкостью.
3. Набор пружин и грузов.
4. Секундомер.
5. Линейка.
6. Рячажные весы.
Теоретическое введение
Пусть груз массой m подвешен на пружине с жесткостью k (рисунок 7.1). В положении статического равновесия сила тяжести груза mg уравновешивается силой упругости k λст, т.е.
mg = k λст,
где λст – статическое удлинение пружины.
В этом положении пружинного маятника (в точке О) помещаем начало отсчета, и ось х направляем в сторону удлинения пружины. Второй закон Ньютона в проекции на ось Ох в произвольный момент времени имеет вид
где 
.
Тогда 
, или 
,
или 
, (7.1)
где 
– круговая (циклическая) частота свободных незатухающих колебаний пружинного маятника (собственная частота).
Уравнение (7.1) – это дифференциальное уравнение свободных незатухающих колебаний, общее решение которого имеет вид
. (7.2)
График гармонических колебаний представлен на рисунке 7.2.
Здесь А – амплитуда колебаний (наибольшее смещение груза от равновесного положения), Т 0 – период колебаний, который с частотой υ и круговой частотой ω0 связан соотношением
. (7.3)
Отсюда следует, что если частота колебаний υ численно равначислу колебаний за 1 секунду, то круговая частота ω0 равна числу колебаний за 2π секунд.
Из вышеуказанного следует, что в случае вертикального расположения пружинного маятника уравнения (7.1) и (7.2) имеют тот же вид, что и при горизонтальном расположении маятника. При вертикальном расположении маятника на груз действует постоянная во времени сила тяжести mg, которая смещает положение равновесия, около которого происходят гармонические колебания, на величину 
.
В случае, когда колебания груза происходят в вязкой среде, на груз, кроме силы упругости, силы тяжести и выталкивающей силы Архимеда, действует еще сила вязкого трения F тр = γ V, которая пропорциональна скорости движения 
и направлена в сторону, противоположную движению груза. Здесь γ – коэффициент вязкого сопротивления колебаниям, который зависит от размеров и формы тела. Второй закон Ньютона в проекции на ось Ох имеет вид
, (7.4)
где 
.
После преобразований получаем дифференциальное уравнение затухающих колебаний
, (7.5)
где 
– коэффициент затухания, [δ] = с-1,
– собственная круговая частота.
В случае малого сопротивления, когда δ < ω0, решение дифференциального уравнения (7.5) имеет вид
, (7.6)
где А 0 – начальная амплитуда колебаний,
– убывающая со временем амплитуда колебаний,
ω – круговая частота затухающих колебаний, которая определяется по формуле
. (7.7)
График функции (7.6) показан на рисунке 7.3.
Период затухающих колебаний равен
(7.8)
Сравнивая формулы (7.3) и (7.8), получаем, что период затухающих колебаний несколько больше периода незатухающих колебаний.
Рисунок 5.3 – График затухающих колебаний
Быстрота затухания колебаний характеризуется двумя параметрами.
1) Декрементом затухания, который равен отношению двух последовательных амплитудных отклонений системы в одну сторону от равновесного состояния (рисунок 7.3)
. (7.9)
2) Логарифмическим декрементом затухания
. (7.10)
