Лабораторное занятие № 4

Тема: Изучение последовательной цепи переменного тока.

Цель работы: изучение правила сложения напряжений в электрической цепи переменного тока

Оборудование:

• Источник питания

• Ключ

• Мультиметр

• Катушка индуктивности (дроссель)

• Резистор 68 Ом

• Резистор 360 Ом

• Плата для установки конденсаторов

• Конденсатор 4,7 мкФ

• Конденсатор 1 мкФ - 2шт.

Если соединить последовательно активное сопротивление, катушку и конденсатор и подключить эту цепь к источнику переменного тока, то окажется, что общее напряжение, приложенное к электрической цепи, не равно сумме напряжений на отдельных ее участках.

Причина этого заключается в том, что в цепи переменного тока фазы напряжений на выводах цепи по сравнению с суммой действующих значений напряжения на каждом элементе.

Напряжение можно рассчитать по формуле:

(1)

Это верно и для действующих значений напряжения:

(2)

Общее напряжение, приложенное к последовательной цепи переменного тока равно геометрической сумме напряжений на отдельных её элементах. В отличие от цепей постоянного тока, где общее напряжение находят, складывая напряжения на отдельных участках, в цепях переменного тока нужно учитывать еще и сдвиг фаз между ними.

В приведенных выше соотношениях под величиной

U_L - подразумевалась только индуктивная составляющая сопротивления катушки.

Активное сопротивление катушки может быть учтено как составная часть сопротивления, включенного в цепь резистора. Индуктивное сопротивление дросселя, использующегося в данном эксперименте, на частоте 50 Гц существенно превосходит его активное сопротивление, поэтому активным сопротивлением дросселя можно пренебречь и считать, что падение напряжения, измеряемое на дросселе, обусловлено его индуктивным сопротивлением.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь согласно схеме, приведенной на рисунке. В первый вариант схемы входят резистор Р=68 Ом, дроссель и конденсатор С=4,7 мкФ.

2. Переключите мультиметр в режиме измерения переменного напряжения в диапазоне 20 В.

3. Подготовьте таблицу следующего вида для записи результатов измерений и вычислений.

№ опыта	Параметры схемы	UR, B	UC, B	UL, B	UC-UL, B	U, B (по формуле)	UИЗМ, B
1	R= L= C=
2	R= L= C=
2	R= L= C=

4

«СОМ»

. Измерьте напряжение на резисторе (U_R), и катушке (U,), конденсатора (U_c) и на всех этих элементах, соединенных последовательно (U^). Занесите данные измерений и номиналы в таблицу.

5. Повторите опыт, заменяя конденсаторы и резистор в такой последовательности:

a) R=360 Ом, С=4,7 мкФ; б) R=360 Ом, С=6,7 мкФ; в) R=360 Ом, С=1 мкФ; г) R=360 Ом, С=4,7 мкФ, катушку исключить (U_L=0); д) R=360 Ом, катушку включить, но исключить конденсатор (U_c=0)

5. По формуле (2) рассчитайте для каждого случая общее напряжение и сравните полученные величину с измеренным значением напряжения U^. Оцените степень расхождения результатов (ξ), полученных прямым измерением и с помощью расчета:

ξ

U_изм

5. Убедитесь в непригодности формулы U = U_R+U_C+U_L, для расчета цепей переменного тока, содержащих конденсаторы и катушки.