Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego w Kielcach Instytut Fizyki |
Informatyka Rok 1 |
| Grupa II |
1. Wiadomości teoretyczne
Prawo Kirchhoffa w obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego, pojęcie impedancji i admitancji zespolonej gałęzi szeregowej złożonej z elementów RLC, wykresy wskazowe napięć i prądów dla różnych połączeń elementów RLC.
Impedancja – wielkość charakteryzująca zależność między natężeniem prądu i napięciem w obwodach prądu zmiennego. Jest uogólnieniem oporu elektrycznego charakteryzującego tę zależność w obwodach prądu stałego. Impedancja jest wielkością zespoloną. Cześć rzeczywista impedancji opisuje opór związany z prądem płynącym w fazie zgodnej z przyłożonym napięciem, część urojona – z prądem przesuniętym w fazie, który wyprzedza napięcie lub jest opóźniony względem niego.
Admitancja to odwrotność impedancji – całkowita przewodność elektryczna w obwodach prądu zmiennego.
Y = Z-1 = 1/Z
Gdzie: Y –admitancja, Z-impedancja.
2. Przebieg ćwiczenia
Schemat połączen:
2.1. Przebieg pomiarów
Zestawiony został układ pomiarowy pokazany na powyższym schemacie. Dla różnych zadanych wartości napięć U odczytane zostały wskazania wszystkich mierników. Wyniki pomiarów zestawione zostały w tabeli.
Spis przyrządów:
Rezystor R – 50 Ω
Cewka L – 3H
Kondensator C – 90nF
Autotransformator
Woltomierz (cyfrowy multimetr)
Amperomierz (cyfrowy multimetr)
2.2. Tabela wyników pomiarów
| Lp. | I [mA] | U [V] | UR [V] | UL [V] | UC [V] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2,6 | 91 | 0,15 | 8,85 | 93 |
| 2 | 2,3 | 80 | 0,13 | 7,8 | 82 |
| 3 | 2 | 70 | 0,11 | 6,9 | 72 |
| 4 | 1,7 | 60 | 0,10 | 5,8 | 61 |
| 5 | 1,4 | 50 | 0,08 | 6,7 | 51 |
| 6 | 1,1 | 40 | 0,07 | 3,85 | 41 |
| 7 | 0,8 | 30 | 0,05 | 2,8 | 30 |
| 8 | 0,5 | 20 | 0,03 | 1,9 | 20,5 |
| 9 | 0,1 | 10 | 0,01 | 0,9 | 10 |
2.3 Obliczenia:
Tabela obliczeń 1:
| Lp. | UL – UC [V] | U [V] |
|---|---|---|
| 1 | 84,15 | 91 |
| 2 | 74,2 | 80 |
| 3 | 65,1 | 70 |
| 4 | 55,2 | 60 |
| 5 | 44,3 | 50 |
| 6 | 37,15 | 40 |
| 7 | 27,2 | 30 |
| 8 | 18,6 | 20 |
| 9 | 9,1 | 10 |
Wykres wskazowy napięć i prądów:
Tabela obliczeń 2:
| Lp: | XL | XC | R [Ω] | Z [Ω] | ᵩ [o] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3404,846 | 35769,23 | 57,69 | 0,2366 | 67 |
| 2 | 3391,304 | 35652,17 | 56,52 | 0,184 | 68 |
| 3 | 3450 | 36000 | 55 | 0,14 | 68 |
| 4 | 3411,764 | 35882,352 | 58,82 | 0,102 | 67 |
| 5 | 4785,714 | 36428,57 | 57,14 | 0,07 | 62 |
| 6 | 3500 | 37272,73 | 63,63 | 0,044 | 68 |
| 7 | 3500 | 37500 | 62,5 | 0,032 | 65 |
| 8 | 3800 | 40000 | 60 | 0,01 | 68 |
| 9 | 9000 | 100000 | 100 | 0,001 | 65 |
XL = UL/I XC = UC/I R = UR/I Z = UI tgᵩ = (UL-UC)/U
3. Wnioski
Przy rezystorze ustawionym na 50 Ω i napięcia źródła 91V zauważamy spadek napięcia mierzonego na rezystorze do 0,15V. Podczas obniżania napięcia źródłowego stopniowo o 10V obserwujemy także spadki napięcia na danym rezystorze. Z kolei napięcia odczytane na cewce o indukcyjności 3H są widocznie większe od tych na rezystorze. Pierwsze z nich wynosi 8,85V i spada proporcjonalnie w dalszych krokach doświadczenia. Napięcia odczytane na kondensatorze są o kilka woltów większe niż napięcie źródła dla prawie każdego z pomiarów.