Wyka Aleksander |
Rzeszów |
Wydział elektryczny Grupa W1 Zespół L6 |
23.04.1996r. |
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,
Im - amplituda,
w - pulsacja,
j0- 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 eL której wartości są zależne od współczynnika indukcji własnej L i od szybkości zmian strumienia. Spadek napięcia uL 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 = uR + uL + uC
Wartość skuteczna napięcia doprowadzonego do nacisków układu jest sumą geometryczną napięć składowych UR , UL , UC .
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 DR 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 DZ wyznaczyć graficznie.
4. Obliczyć indukcyjność cewki:
gdzie: f=50Hz
Błąd DL 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 XC=U/I
XC oraz DXC wyliczyć korzystając z metody najmniejszych kwadratów.
6. Obliczyć wartość pojemności z zależności:
Błąd DC wyliczyć korzystając z różniczki zupełnej.
Napięcie przy zasilaniu obwodu prądem zmiennym max 100V, prądem stałym 12V.