Обработка результатов измерения.

1.На основании закона Ома (17) определите сопротивление конденсатора переменному току Z₂ по формуле

. (22) Можно считать, что полное сопротивление конденсатора есть емкостное сопротивление, так как его активное сопротивление R_C, как правило, значительно меньше емкостного (почему?) и им можно пренебречь. Какова физическая природа активного сопротивления конденсатора?

Таблица 2

I	UС	U	Z2	Z	R	IR	j2	C

 

2.Найдите полное сопротивление цепи Z для всех измерений по формуле

,

где . (23)

Сравните между собой Z₂, Z.

3.Из формулы (23) найдите сопротивление резистора R.

4.Вычислите падение напряжения на резисторе IR.

5.Постройте векторные диаграммы напряжений, используя для этого U_C и IR. Чему равна сумма этих напряжений?

6.Вычислите разность фаз j₂ тока и напряжения по формуле

.

Измерьте угол сдвига фаз на векторных диаграммах и напишите их рядом с соответствующими векторами. Совпадает ли они с вычисленными? Какова причина зависимости разности фаз от тока?

7.Вычислите емкость конденсатора для всех измерений по формуле

. (24)

8.Найдите среднее значение емкости и полуширину доверительного интервала DC. Результат запишите в виде

при р =0,95.

 

Упражнение 3

Проверка закона Ома

Измерения. 1.Соберите электрическую цепь по схеме (рис.11). Предел измерения вольтметра – наибольший. Конденсатор и катушка в этом упражнении должны быть теми же, что и в упр.1;2.

2.После проверки лаборантом или преподавателем правильности сборки включите установку и вольтметр в сеть.

3.Измерьте напряжение на указанном участке цепи при 5-6 значениях тока. Результаты запишите в табл.3.

4.Измерьте входное напряжение U.

Обработка результатов. 1.Найдите полное сопротивление Z₃ участка цепи, cодержащего L и C, для каждого измерения по формуле

.

Назовем его измеренным сопротивлением нагрузки L, C.

Таблица 3

I	ULC	U	R0	Z3 измерен.	Z3 вычисл.

2.Найдите среднее значение (измеренное) и DZ₃ по Стьюденту.

3.Используя значения , найденные ранее в упр. 1, 2, вычислите сопротивление данного участка цепи по формуле

.

Будем называть найденное значение сопротивления вычисленным.

4.Сравните между собой измеренное и вычисленное значения сопротивления. Их совпадение с точностью до погрешностей измерения свидетельствует о Ваших правильных и безошибочных действиях

измеренное

вычисленное .

5.Постройте графики зависимости тока от действующего напряжения на катушке, конденсаторе и на участке цепи L-C, т.е. по результатам всех упражнений, в одних осях координат. Продлите линии графиков до пересечения с осями. Какой вид имеют графики? Какой вывод из этого результата должен быть сделан – см. формулу (17)?

6.На примере собственного опыта Вы видите, что между током и напряжением во всех рассмотренных случаях существует линейная связь. Следовательно, закон Ома (8), (13), (17) для цепей переменного тока, содержащих элементы R,C,L, выполняется. За это качество указанные элементы и составленные из них цепи называются линейными.

В ходе выполнения других лабораторных работ Вам встретятся и такие случаи, в которых закон Ома не имеет места, например, 1)в электрическую цепь входит катушка с ферромагнитным сердечником, 2)цепь содержит вакуумный или полупроводниковый диод.

 

Контрольные вопросы

 

1.Какие токи называются квазистационарными? Являются ли они таковыми в условиях данной лабораторной работы?

2.Что такое активное сопротивление в цепи переменного тока? Какие элементы цепи обладают активным сопротивлением? Будут ли они его иметь в цепи постоянного тока?

3.Что такое индуктивное сопротивление? От чего оно зависит? По какой формуле оно вычисляется в работе? Что такое индуктивность, от чего она зависит? Обладает ли цепь индуктивностью, если в ней нет катушки?

4.Докажите, что напряжение на индуктивности опережает ток по фазе. Изобразите векторную диаграмму для данного случая.

5.Докажите, что колебания напряжения на емкости отстают по фазе от тока. Нарисуйте векторную диаграмму в этом случае.

6.Что такое емкостное сопротивление? От чего оно зависит? Как находится в данной работе? Что такое емкость, от чего она зависит? Обладает ли электрическая цепь емкостью при отсутствии в ней конденсатора?

7.Сформулируйте закон Ома для цепей переменного тока. Как производится проверка выполнения этого закона и каков ее результат?

 

 

Список рекомендуемой литературы

1.Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука, 1973. Т.2. §92-95.

2.Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: Наука, 1983. Т.3. §129.

3.Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1977. §220.

4.Лабораторные занятия по физике /Под ред. Л.Л.Гольдина. М.: Наука, 1983. С.312.