- •Методические указания к лабораторным работам по разделу "электричество и магнетизм"
- •Введение
- •Правила выполнения работы и офрмления полученных результатов
- •Рекомендуемая литература
- •Практические задания
- •1. Регулировка тока в широких пределах с помощью реостата.
- •2. Регулировка напряжения с помощью потенциометра.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестного сопротивления методом амперметра и вольтметра.
- •2. Определение неизвестного сопротивления мостовым методом.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.
- •2. Проверка энергетических соотношений в замкнутых цепях постоянного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестной эдс методом компенсации.
- •2. Определение компенсационным методом напряжений, токов и сопротивлений.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Предварительный расчет параметров зарядной и разрядной цепи.
- •2. Исследование зависимостей напряжения и тока от времени при зарядке и разрядке конденсатора.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение параметров воздушного конденсатора.
- •2. Определение емкости плоского конденсатора с диэлектрической пластиной и расчет диэлектрической проницаемости.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Снятие временных зависимостей.
- •2. Снятие вольт-вольтовых характеристик.
- •3. Определение частоты сигнала и сдвига фаз методом фигур Лиссажу.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение индуктивности, активного сопротивления катушки.
- •2. Расчет параметров колебательного контура и экспериментальное получение затухающих колебаний.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 10
- •Практические задания
- •1. Определение емкости конденсатора.
- •2. Определение активного сопротивления и индуктивности катушки.
- •3. Проверка закона Ома для переменного тока.
- •4. Изучение резонанса напряжений в цепи переменного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 11
- •Практические задания
- •1. Исследовать зависимость анодного тока от напряжения между электродами при разных токах накала катода. Проверка закона Богуславского-Ленгмюра.
- •2. Расчет температуры катода при различных токах накала. Определение работы выхода электронов из вольфрама.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Оглавление
- •Электричество и магнетизм
- •3,5 Усл. Печ. Л. Тираж 250 экз. Заказ № 8
Практические задания
1. Определение неизвестной эдс методом компенсации.
В качестве измерительного сопротивления можно использовать реохорд, сопротивление которогоRпропорционально длинеl. В целях недопущения перегрева реохорда напряжение опорного источникаU0не должно превышать 2 В. Источником опорного напряжения служит ИЭПП–1. Для того, чтобы не было необходимости в ходе работы менять собранную схему, можно неизвестный и эталонный источники ЭДС подключать к измерительной цепи последовательно с использованием трехполюсного ключа (Рис. 2).
Произвести компенсацию неизвестного источника при положении ключа "влево". Рассчитать ЭДС неизвестного источника по формуле:
.
Переключением ключа "вправо" подключить к измерительной схеме эталонный источник и перемещением движка добиться компенсации эпадением напряжения на участке реохордаl2 э. Рассчитать уточненное значение неизвестной ЭДС
24
и сравнить его с полученным ранее.
2. Определение компенсационным методом напряжений, токов и сопротивлений.
В качестве измерителя используется потенциометр ПП–63. Так как предел измерения потенциометраUпсоставляет 100 мВ, необходимо рассчитать и собрать измерительную схему (Рис. 3).U0опять выбирается 2 В (ИЭПП–1). В качестве эталонного сопротивления можно взять магазин сопротивлений. Ограничительное сопротивление рассчитывается по формуле:
.
Произвести измерения напряжений на неизвестном и эталонном сопротивлениях и определить Ux,Ix,Rx.
Сделать выводы о возможности и рациональности использования компенсационных методов измерения электрических характеристик цепей постоянного тока.
Вопросы к зачету по работе.
Почему невозможно измерить ЭДС источника тока вольтметром магнитоэлектрической системы.
Объяснить физическую суть компенсационного метода измерений электрических величин.
Почему компенсационный метод позволяет точно измерить ЭДС источника тока?
Как, используя компенсационный метод, произвести измерение силы тока в цепи и величину сопротивления нагрузки?
Объяснить устройство и принцип действия измерительного потенциометра ПП-63.
25
Лабораторная работа № 6
Исследование процессов зарядки и разрядки конденсатора
Цель работы.
Изучить закономерности протекания квазистационарных токов на примере токов зарядки и разрядки конденсатора.
Знания, необходимые для допуска к работе.
Квазистационарные токи;
Правила Кирхгофа;
Емкостное сопротивление конденсатора.
Краткие сведения из теории.
Отличие квазистационарных токов от постоянного тока в том, что изменение тока происходит достаточно медленно, так, что в каждый момент времени для электрических величин, описывающих состояние системы, выполняются все закономерности, характерные для постоянного тока.
П роцессы зарядки и разрядки конденсатора, в этом смысле, можно отнести к квазистационарным. Эти процессы проиллюстрированы на схеме (Рис. 1). Рассмотрим процесс зарядки. Ключ замыкается в верхнее положение (1). По правилу Кирхгофа для верхнего контура
,
где Iз– мгновенный ток зарядки,U– мгновенное значение напряжения на пластинах конденсатора. Напряжение на конденсаторе и зарядный ток соответственно равны:
.
В
26
.
Решаем его относительно мгновенного значения напряжения
,
где Aи– некоторые константы. Из начального условияможно определить.
Тогда выражения для мгновенного напряжения на конденсаторе и мгновенного тока в контуре примут вид:
.
Видно, что в момент замыкания ключа ток практически мгновенно достигает значения , а потом по экспоненциальному закону спадает до нуля при.
При разрядке конденсатора через сопротивление наблюдаются следующие процессы. В момент замыкания ключа в нижнее положение (2) в цепи потечет ток, вызванный наличием напряжения на обкладках конденсатора
.
При этом мгновенные значения тока и напряжения будут равны:
27
Знак "–" в формуле для тока показывает, что выбранное положительное направление тока соответствует уменьшению заряда конденсатора. Эта система уравнений решаются аналогично случаю зарядки конденсатора. Получается выражение:
,
откуда
.
Опять же из начальных условий определяется, и формула мгновенного напряжения на обкладках конденсатора принимает окончательный вид:
.
Мгновенный ток, как в случае зарядки, так и в случае разрядки конденсатора определяется формулой:
.
Из приведенных выше рассуждений видно, что зарядка и разрядка конденсатора происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Скорость установления напряжения на конденсаторе зависит от RиC. Величина, постоянная для данного контура,называется постоянной времени данного контура (или временем релаксации) и показывает, через какое время после выключениянапряжение на конденсаторе уменьшится вe= 2,71 раза.