Sprawozdanie z laboratorium fizyki

Ćwiczenie 27

Wyznaczanie indukcyjności cewki i pojemności kondensatora w obwodzie prądu zmiennego.

I . Wprowadzenie.

Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch elektronów przez przekrój poprzeczny danego ośrodka. Przepływ prądu elektrycznego wywołuje zjawiska magnetyczne, cieplne, chemiczne, mechaniczne, świetlne i inne.

Prąd zmienny nazywamy przemiennym gdy wartość średnia całookresowa natężenia prądu równa się zeru

gdzie: T - okres zmian prądu

Najprostszym prądem elektrycznym przemiennym jest prąd sinusoidalny:

gdzie: i(t) - wartość chwilowa natężenia,

I_m - amplituda,

 - pulsacja,

₀- faza początkowa.

Wartość skuteczną prądu przemiennego określa wzór:

Wartość średnia całookresowa wynosi zero, dlatego podaje się wartość średnią półokresową:

1. Rezystor w obwodzie prądu zmiennego.

Przyjmijmy że:

R>0 , L=0 , C=0

Między prądem i napięciem chwilowym zachodzi związek:

2. Kondensator w obwodzie prądu zmiennego.

Prąd jaki będzie płynął przez kondensator związany będzie z przemieszczaniem się ładunku, ponieważ i=dq/dt więc:

Kondensator stanowi dla prądu zmiennego pewną oporność którą nazywamy reaktancją pojemnościową:

3. Indukcyjność w obwodzie prądu zmiennego.

Jeżeli do źródła prądu zmiennego przyłączymy cewkę to prąd w obwodzie ogranicza siła elektromotoryczna indukcji własnej e_L której wartości są zależne od współczynnika indukcji własnej L i od szybkości zmian strumienia. Spadek napięcia u_L­ na indukcyjności:

4. Wykresy wskazowe.

Wykres wskazowy przedstawia wartości szczytowe wielkości sinusoidalnych i ich wzajemne przesunięcie fazowe przy zastrzeżeniu, że pulsacje tych wielkości są jednakowe.

5. Obwód szeregowy RLC.

Szeregowy obwód RLC składa się z szeregowo połączonych ze sobą rezystancji, indukcyjności i pojemności. Napięcie chwilowe między zaciskami zewnętrznej części takiego obwodu jest sumą algebraiczną napięć na poszczególnych elementach obwodu:

u = u_R + u_L + u_C

Wartość skuteczna napięcia doprowadzonego do nacisków układu jest sumą geometryczną napięć składowych U_R , U_L , U_C .

Kąt przesunięcia fazowego jest określony przez:

II. Wykonanie ćwiczenia.

1. Połączyć obwód wg schematu:

2. Zasilając obwód pomiarowy prądem stałym wyznaczyć opór czynny z prawa Ohma. Odczytywać wartości prądu dla różnych wartości napięcia.

R=U/I

R oraz R wyznaczyć graficznie. W tym celu narysować proste przechodzące przez punkty skrajne. Określić kąty nachylenia tych prostych i wartość przedziału, w którym zawiera się wartość R.

3. Zasilając obwód pomiarowy prądem zmiennym wyznaczyć oporność pozorną cewki. Odczytywać wartości prądu dla różnych wartości napięcia.

Z=U/I

Z oraz Z wyznaczyć graficznie.

4. Obliczyć indukcyjność cewki:

gdzie: f=50Hz

Błąd L policzyć z różniczki zupełnej.

5. Wymienić cewkę na kondensator i zasilając obwód prądem zmiennym wyznaczyć oporność bierną kondensatora. Dla różnych wartości napięcia odczytać wartości prądu X­_C=U/I

X_C oraz X_C wyliczyć korzystając z metody najmniejszych kwadratów.

6. Obliczyć wartość pojemności z zależności:

Błąd C wyliczyć korzystając z różniczki zupełnej.

Napięcie przy zasilaniu obwodu prądem zmiennym max 100V, prądem stałym 12V.

3

3

---