Вивчення вимушених коливань та явища резонансу напруг I струмiв в коливальному контурi.

Мета роботи:

• вивчення фізичних процесів в коливальному контурі та вимушених коливань;

• з’ясування умов настання резонансу напруг та резонансу струмів.

Прилади і матеріали:

Вольтметр В7-22А, генератор Г3-120, батарея конденсаторів, котушка дросельна, з’єднувальні провідники.

Завдання:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити вимушені електричні коливання в коливальному контурі. ([1] §12; [2] §217-221, 225;[3] §182-184)

2. Встановити залежність параметрів коливального контуру від R,C,L. ([1] п.12.3)

3. Встановити залежність повного опору Z паралельного та послідовного контуру (у випадку резонансу струмів та напруг) від R,C,L. ([4] п. 2.11, 2.16)

4. Вивчити будову та принцип дії приладів що використовуються в даній роботі.[8]

б) при виконанні роботи:

1. Зібрати електричну схему за рис.1. для вивчення резонансу струмів. Зняти залежність I₁=f(w). Визначити параметри контуру ([5] ст.345; [6] п.108; [7] р.№ 46)

2. Зібрати електричну схему для вивчення резонансу напруг. Зняти залежність I₂=f(w). Визначити параметри контуру ([5]ст.344;[6] п.107). Вимірювання пп. 1.2 провести для різних ємностей (0.5;2;4 мкФ)

3. Порівняти експериментальні дані для визначення I₁=f(w) та I₂=f(w)(де w=2π/T). Зробити висновки.

Теоретичні відомості:

Вільні електромагнітні коливання в контурі зазвичай швидко загасають через втрати тепла на активному опорі котушки і на випромінювання електромагнітних хвиль, тому частіше використовують вимушені електромагнітні коливання, які виникають під дією зовнішньої періодичної ЕРС. Змінна ЕРС виникає, наприклад, в дротяній рамці із кількох витків під час її обертання в однорідному магнітному полі. Виникнення ЕРС індукції в цьому разі зумовлено дією на рухомі електрони сили з боку магнітного поля. Вона викликає переміщення електронів у провідниках. Оскільки магнітний потік, який пронизує рамку, періодично змінюється відповідно до закону електромагнітної індукції, то періодично змінюється і ЕРС індукції. Під час замикання в колі змінна ЕРС створює змінний струм. Значення такого струму і напруги в колі змінюються з часом за гармонічним законом. Ці періодичні зміни викликають періодичні коливання швидкості впорядкованого руху заряджених частинок.

Якщо активний опір малий, то власна циклічна частота коливань у контурі визначається формулою:

Сила струму при вимушених коливаннях повинна досягати максимальних значень, коли частота змінної напруги, прикладеної доконтуру, дорівнює власній частоті коливального контуру:

Резонансом в електричному коливальному контурі називається явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань сили струму при збігу частоти зовнішньої змінної напруги із власною частотою коливального контуру.

Амплітуда сили струму при резонансі. Як і у випадку механічного резонансу, при резонансі в коливальному контурі створюються оптимальні умови для поступання енергії від зовнішнього джерела в контур. Потужність у контурі максимальна в тому випадку, коли сила струму збігається по фазі з напругою. Тут спостерігається повна аналогія з механічними коливаннями: прирезонансі в механічній коливальній системі зовнішня сила (аналог напруги в ланцюзі) збігається по фазі зі швидкістю (аналог сили струму).

Не відразу після включення зовнішньої змінної напруги в ланцюзі встановлюється резонансне значення сили струму. Амплітуда коливань сили струму наростає поступово — доти, поки енергія, що виділяється за період на резисторі, не зрівняється з енергією, що надходить до контуру за цей ж час:

Правила техніки безпеки:

• при складанні електричних кіл використовуйте провідники з непошкодженою ізоляцією;

• подавати напругу в коло тільки після попередньої перевірки його викладачем.

Запитання для самоконтролю:

1. Сформулюйте та запишіть закон Ома для кола змінного струму?

2. Як залежить опір повного кола від частоти вимушених коливань?

3. Сформулюйте умову резонансу в колі змінного струму.

4. Чому при резонанс Ul+Uc=0?

5. При якій умові Ul=Uc?

6. Як залежить коефiцiєнт самоiндукцiї котушки від магнітних властивостей осердя?

7. Який фізичний зміст індуктивності?

8. Що таке добротність контура (Q), полоса пропускання (2aw) та характеристичний опір?

9. Сформулюйте характеристики резонансної кривої?

10. Як визначається резонансна частота?

Література:

1. I.М. Кучерук, I.T. Горбачук, Загальна фізика. Електрика i магнетизм. K.,1990.

2. C.T. Калашников. Электричество. M.,1977.

3. P.B. Tелеснин Курс физики Электричество. M.,1970.

4. К.К.Иванов. Электротехника.M.,1984.

5. Загальна фізика Лабораторний практикум. Під ред I.T. Горбачука K.,1992.

6. Физический практикум Электричество и оптика, Под ред В.И. Ивероновой. M.,1968.

7. A.B. Кортнев Ю.B. Рублёв Практикум по физике M.1963.

8. Заводські інструкції до вимірювальних приладів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №9