Wyznaczanie indukcyjności cewki i pojemności kondensatora w obwodzie
prądu zmiennego
I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania 1. Prąd sinusoidalnie zmienny, wielkości charakterystyczne - wartość średnia, skuteczna i szczytowa.
2. Wpływ indukcyjności, pojemności, oporu na natężenie prądu zmiennego.
3. Obwód szeregowy RLC, oporność pozorna, kąt przesunięcia fazowego.
4. Prawo Ohma dla obwodu prądu zmiennego.
II. Wprowadzenie
Celem
ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika indukcji własnej cewki (indukcyjności) i pojemności kondensatora poprzez pomiar impedancji.
Układ łączymy wg schematu (rys. 1), w którym rolę odbiornika spełnia cewka lub kondensator.
U
L
C
Rys. 1. Schemat obwodu do wyznaczania indukcyjności i pojemności Dla
każdego z odbiorników w obwodzie zasilanym prądem stałym i zmiennym mierzymy zależność natężenia prądu I od napięcia U. Wykonując pomiary, zwracamy uwagę na to, by do każdego pomiaru stosować właściwie dobrane mierniki dla prądu zmiennego i stałego oraz o odpowiednich zakresach.
III. Wykonanie ćwiczenia
1. W obwodzie pomiarowym (rys. 1) zasilanym prądem stałym wyznaczyć opór U
czynny cewki z prawa Ohma
R
R =
. Odczytać wartości prądu dla różnych IR
wartości napięcia ( max 12V ). Oporność R oraz R
∆ wyznaczyć graficznie z
wykresu przedstawiającego zależność U R− = f ( IR− ). W celu wyznaczenia błędu R
∆ narysować proste przechodzące przez punkty skrajne. Określić kąty nachylenia tych prostych i wartość przedziału, w którym zawiera się wartość R.
Tabela pomiarowa
U R−
IR−
R
R ± ∆ R
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
2. Zasilając obwód pomiarowy prądem zmiennym wyznaczyć oporność pozorną cewki. Odczytywać wartości prądu dla różnych wartości napięcia ( max 100V ).
1
~
Z =
I~
Tabela pomiarowa
U L~
IL~
Z
Z ± ∆ Z
L ± ∆ L
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Oporność pozorną Z oraz błąd Z
∆ wyznaczyć graficznie podobnie jak w punkcie 1.
3. Obliczyć indukcyjność cewki z zależności: Z 2 − R 2
L =
f
π
2
gdzie Hz
f = 50
.
Błąd L
∆ policzyć metodą różniczki zupełnej.
4. Wymienić cewkę na kondensator i zasilając obwód prądem zmiennym wyznaczyć oporność bierną kondensatora. Dla różnych wartości napięcia odczytać wartości natężenia prądu ( max 100 V ):
U
C ~
XC =
IC~
Oporność bierną X C oraz błąd X
∆ C wyliczyć metodą najmniejszych kwadratów.
Tabela pomiarowa
UC~
IC~
X C
X C ± ∆ XC
C ± ∆ C
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
5. Obliczyć wartość pojemności kondensatora z zależności: 1
C =
f
π
2 XC
Błąd C
∆ wyliczyć korzystając z różniczki zupełnej.
Literatura
B. Jaworski i inni, Kurs fizyki, t.2, PWN, Warszawa M. Leśniak, Fizyka. Laboratorium, wydanie II, Oficyna Wydawnicza PRz, 2002
J. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla inżynierów, t.1, WNT, Warszawa 1980
2