Порядок выполнения работы. Задание 1. Исследование зависимости полного сопротивления Z от частоты

Задание 1. Исследование зависимости полного сопротивления Z от частоты.

Выполнение измерений

1 С помощью мультиметра измерьте сопротивление катушки и запишите его в таблице 1.

2 Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рисунке 2, подключив катушку L без сердечника.

3 Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, см. рисунок 1 на стр. 6). Загорится индикатор (поз. 6, см. рисунок 1 на стр. 6) сигнала синусоидальной формы.

4 Кнопками установки частоты «0.2 – 20 кГц» (поз. 11, см. рисунок 1 на стр. 6) установите максимальное значение частоты 4 кГц. С помощью кнопок установки уровня выхода «0 - 15 В» (поз. 10, см. рисунок 1 на стр. 6) установите значение тока в цепи в пределах от 2 до 7 мА. При этом фиксированном значении тока, изменяя частоту тока в соответствии с заданием (таблица 1), измеряйте и записывайте в таблицу 1 для каждого значения напряжение U на катушке.

Внимание. По мере изменения частоты следует поддерживать заданный ток I, регулируя его величину кнопками установки уровня выхода «0 - 15 В».

Таблица 1

Катушка =… Ом
без сердечника	с ферромагнитным сердечником
I = … мA	I =... мА
, кГц	U, В	Z, Ом	L, мГн	, Гц	U, В	Z, Ом	L, мГн
0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0 2.25 2.5 2.75 3.0 3.25 3.50 3.75 4.0

5 Выключите блок генераторов напряжения и блок мультиметров. Установите в катушку сердечник и переведите мультиметр 3 в режим V 20 В. Включите блок генераторов напряжения и блок мультиметров. Проведите измерения, описанные в п. 4. Ток I подбирайте (см. п. 4) при частоте 160 Гц. Результаты измерений запишите в таблицу 1.

6 Выключите блок генераторов напряжения и блок мультиметров.

Обработка результатов измерений

1 Вычислите для катушки индуктивности без сердечника с сердечником полное сопротивление переменному току Z по формуле (4)

и индуктивность по формуле (6)

.

Результаты расчетов запишите в таблице 1

Сравнивая и Z, убедитесь в справедливости приближения << Z для рабочих формул (5), (6), (7). Выполните это для обеих катушек.

2 Постройте графики зависимостей для обеих катушек.

3 В выводе по работе:

a) сравните зависимости полного сопротивления Z от частоты двух соленоидов: с ферромагнитным сердечником и без него;

b) отметьте особенности зависимости индуктивности от частоты для двух соленоидов.

Задание 2. Исследование зависимости индуктивности соленоида от тока.

Выполнение измерений

1 Для исследования катушки без сердечника используется та же электрическая цепь, что и в задании 1. Для исследования катушки с сердечником используется электрическая цепь без дополнительного резистора, монтажная схема на рисунке 3

2 Подключите катушку L без сердечника. Включите кнопками «Сеть» питания блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, см. рисунок 1 на стр. 6). Кнопками установки частоты «0.2 – 20 кГц» (поз. 11, см. рисунок 1 на стр. 6) установите частоту тока 1…3 кГц.

3 Изменяя силу тока I кнопками установки уровня выхода «0 - 15 В» (от 1 мА до 20 мА с шагом ~1 мА), запишите в таблице 2 для каждого тока напряжение U на катушке.

4 Выключите блок генераторов напряжения и блок мультиметров. Установите ферромагнитный сердечник в катушку L. Соберите монтажную схему рисунка 3. Включите кнопками «Сеть» питания блока генераторов напряжения и блока мультиметров и нажмите кнопку «Исходная установка». Кнопками установки частоты «0.2 – 20 кГц» установите частоту 50…70 Гц. Проведите измерения по п. 3. Результаты занесите в таблице 2

Рисунок 3 Монтажная схема; 2, 3, 4 – см. рисунок 1

Таблица 2

Катушка без сердечника	С ферромагнитным сердечником
n = … Гц	n = … Гц
I, мА	U, мВ	Z, Ом	L, Гн	U, мВ	Z, Ом	L, Гн
1,0   …   4,0

Обработка результатов измерений

1 Вычислите значения Z и L по формулам (4) и (6) для обеих катушек.

Результаты расчетов запишите в таблице 2

2 Постройте графики зависимости . Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1 Запишите закон изменения тока в цепи при вынужденных колебаниях.

2 Чем определяются частота и амплитуда вынужденных колебаний?

3 Какая ЭДС вызывает вынужденные колебания?

4 Какие ЭДС действуют в колебательном контуре при вынужденных колебаниях? Запишите выражение для ЭДС самоиндукции.

5 Что характеризует и от каких величин зависит индуктивность цепи?

6 От каких параметров зависит полное сопротивление контура переменному току?

7 Чем объясняется зависимость индуктивности соленоида с ферромагнитным сердечником от частоты тока?

8 На чем основано измерение полного сопротивления цепи Z в данной работе?

9 Какой характер имеет зависимость U (w), полученная при фиксированном значении тока I в случае соленоида без сердечника?

10 Какой прибор используется в работе в качестве источника переменного тока?

11 С какой целью в работе определяют активное R и полное сопротивление Z катушки индуктивности?

12 Каким образом определяют в данной работе индуктивность катушки с сердечником и без него? Запишите рабочие формулы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа,2002. – § 25.2, 28.3.

2 Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2. - СПб. Издательство «Лань», 2007. - §§ 44, 51.

3 Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. - §§ 126, 148.