WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Декан ЕНМФ

Ю.И. Тюрин

« » 2010 г.

ИЗУЧЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

КОЛЕБАНИЙ В КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ

Методические указания к выполнению лабораторной работы Э-33 по курсу «Общая физика» для студентов всех специальностей Составитель Ю.А. Сивов Издательство Томского политехнического университета УДК 53.01 Изучение вынужденных электромагнитных колебаний в колебательном контуре: методические указания к выполнению лабораторной работы Э-33 по курсу «Общей физики» для студентов всех специальностей / сост. Ю.А. Сивов; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 12 с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры теоретической и экспериментальной физики ЕНМФ «___» ____________ 2010 г.

Зав. кафедрой ТиЭФ доктор физ.-мат. наук, профессор В.Ф. Пичугин ___________ Председатель учебно-методической комиссии Г.В. Ерофеева ___________ Рецензент Кандидат физ.– мат. наук, доцент кафедры ТиЭФ ТПУ Н.С. Кравченко © Составление. ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», 2010 © Коваленок Г.В., составление, 2010 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2010

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Всякий реальный контур обладает активным сопротивлением.

Энергия, запасенная в контуре, постепенно расходуется в этом сопротивлении на нагревание. Поэтому свободные электромагнитные колебания(колебания заряда конденсатора, напряжения между обкладками конденсатора, силы тока в цепи) в контуре постепенно затухают. Для получения незатухающих колебаний в колебательном контуре необходимо извне подводить энергию, компенсирующую потери на ленц– джоулево тепло. Для этого колебательный контур соединяют с источником переменного напряжения. Под действием периодически изменяющейся ЭДС в контуре устанавливаются электромагнитные колебания с частотой, равной частоте колебаний переменного напряжения, подведенного к контуру, называемые вынужденными электромагнитными колебаниями.

В настоящей работе исследуется колебательный контур при последовательном соединении источника переменного напряжения с элементами контура. Такая схема подключения источники ЭДС к колебательному контуру называется последовательным колебательным контуром (рис.1).

–  –  –

Риc.l. Последовательный колебательный контур.

Пусть в контур включен источник переменного напряжения, изменяющегося по гармоническому закону, U U m cos t, (1) где Um – амплитуда напряжения, – циклическая (круговая) частота переменного напряжения, подведенного к контуру.

Используя второй закон Кирхгофа, можно получить уравнение вынужденных колебаний заряда конденсатора в контуре, которое имеет вид

–  –  –

Графики зависимостей UCm, URm и ULm от циклической частоты внешнего источника называются резонансными кривыми и показаны графически на рис.2. Само явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынужденных колебаний к резонансной рез называется резонансом.

Из рис.2 видно, что резонансные кривые для UCm (кривая 1), ULm (кривая 2) и URm (кривая 3) имеют максимум при разных частотах.

Резонансные частоты, как видно из (9–11), будут отличаться друг от друга тем больше, чем больше коэффициент затухания.

Поскольку величина емкостного сопротивления определяется формулой X C, то при постоянном напряжении ( = 0) ток в цепи с C конденсатором не протекает. Поэтому при = 0, Im = 0, URm = Im R = 0, а напряжение на конденсаторе равно Um, то есть напряжению на конденсаторе при подключении его к источнику постоянного напряжения, величина которого равна амплитуде внешнего переменного напряжения.

–  –  –

Если проводить аналогию с механическими вынужденными колебаниями, то резонансные кривые для амплитуды напряжения на конденсаторе UCm сходны с резонансными кривыми для амплитуды смещения от положения равновесия, резонансные кривые для амплитуды напряжения на активном сопротивлении URm с резонансными кривыми для амплитуды скорости, а резонансные кривые для амплитуды напряжения на индуктивности ULm соответствуют резонансным кривым для амплитуды ускорения.

Максимум при резонансе получается тем выше и острее, чем R меньше постоянная затухания, то есть чем меньше активное соL противление контура и больше его индуктивность.

На рис.3 в качестве примера, иллюстрирующего влияние на резонансную кривую постоянной затухания, представлены резонансные кривые для амплитуды напряжения на конденсаторе UCm при различных значениях активного сопротивления.

При малом затухании (2 20) значения резонансных частот для UCm, URm, ULm близки между собой так, что можно принять C рез L рез R рез 0, (12)

–  –  –

Для выполнения, работы используется установка, состоящая из генератора электромагнитных колебаний ГЗ –12, осциллографа С1–112А и колебательного контура КК, установленного на панели лабораторного макета изменением С конденсатора переменной емкости, включенного в контур (рис.4).

При разомкнутом ключе К в контур включено активное сопротивление R. При замыкании ключа К это сопротивление шунтируется. Поэтому при замкнутом ключе К активное сопротивление контура складывается из активного сопротивления соединительных проводников, активного сопротивления катушки индуктивности, выходного сопротивления генератора и входного сопротивления осциллографа. Это сопротивление в дальнейшем будем называть собственным сопротивлением контура Rk. Емкость конденсатора, включенного в контур, С = 2800 пФ.

Для увеличения добротности контура в катушку индуктивности контура вставляется ферритовый сердечник, прилагаемый к установке.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь (рис.4). Установить переключатель ГЗ – 112 «Частота» в положение 103. Подключить выход ГЗ к клеммам «Вход» на панели макета. Переключатель осциллографа С1 – 112А Time/Div (синхронизация) установить в положение 0,5; переключатель V/Div (усиление) установить в положение 0,5.

2. Измерение зависимости амплитуды напряжения на конденсаторе от частоты при R = 0.

Замкнуть ключ К и подключить вход осциллографа к клеммам UC на панели. Включить осциллограф в сеть. Вращая лимб ЗГ, найти частоту, при которой выходной сигнал минимален. Изменяя частоту через 5 делений по шкале лимба ЗГ, снять зависимость амплитуды сигнала на экране осциллографа от частоты генератора. Вблизи резонанса, когда сигнал на экране осциллографа начинает резко расти, частоту изменять через 1 деление. В процессе проведения опыта перейти на диапазон 103, установив при этом такое же по величине выходное напряжение ЗГ, что и на диапазоне 102. Измерения выполнить до частоты, при которой сигнал на экране осциллографа вновь окажется минимальным.

При выполнении работы необходимо все время следить за показанием вольтметра и поддерживать постоянным напряжение ЗГ.

Результаты измерения занести в таблицу 1. По полученным данным построить резонансную кривую UCm().

3. Измерение зависимости амплитуды напряжения на индуктивности от частоты генератора при R = 0.

По аналогичной методике, что и в пункте 2, измерить зависимость UIm(), переключив «Вход» осциллографа на клеммы UL на панели макета. Результаты измерения занести в таблицу 1. По полученным данным построить резонансную кривую ULm().

–  –  –

4. Сравнивая полученные результаты, обосновать что затухание слабое и потому применение для расчетов формул (16–20) допустимо.

Затем найти полуширины резонансных кривых UCm() и ULm() и по формуле (20) вычислить добротность контура. Результаты расчета добротности контура занести в таблицу.

5. Разомкнув ключ К, включить в контур дополнительное активное сопротивление R, величина которого неизвестна. По аналогичной методике, что и в пункте 2, измерить зависимости UCm и ULm. По полученным данным построить резонансные кривые UCm() и ULm(). Найти полуширины резонансных кривых, резонансную частоту и добротность контура. Результаты измерений и расчета добротности контура занести в таблицу.

6. По формуле (16) рассчитать индуктивность L контура.

7. Из соотношения (17) и найденных значений добротности Q контура вычислить;

а) величину собственного активного сопротивления контура Rk;

б) величину дополнительного активного сопротивления R, включенного в контур.

Результаты расчетов занести в таблицу.

8. Проверить соотношения (18–19). Для этого при резонансных частотах Lрез и Cрез, подключив осциллограф к клеммам «Вход» на панели, измерить выходное напряжение генератора. Затем, измерив, ULm(рез) и UCm(рез), найти величины добротности контура Q при R = 0 и при R 0. Результаты вычислений сравнить с полученными при выполнении в п.4 значениями добротности контура.

Примечание: все расчеты, проведенные согласно заданиям в п.п. 4 – 8, привести в отчете о выполнении лабораторной работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие электромагнитные колебания называют свободными? вынужденными?

2. Чему равна частота свободных и вынужденных электромагнитных колебаний в колебательном контуре?

3. Постройте резонансные кривые зависимостей амплитуд напряжений при резонансе в последовательном колебательном контуре от частоты: ULm(), UCm() и URm() при коэффициенте затухания, соизмеримом по величине с собственной частотой 0 колебаний, и при 0.

4. В чем отличие явлений: резонанс токов и резонанс напряжений?

Получите выражения при 0: UCm/Um и ULm/Um (при резонансе напряжений), где UCm и ULm – амплитуды напряжений на индуктивности и конденсаторе при резонансе, Um – амплитуда напряжения источника внешней ЭДС.

5. Каков физический смысл добротности колебательного контура?

От каких параметров зависит добротность колебательного контура?

Учебное издание

ИЗУЧЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

КОЛЕБАНИЙ В КОЛЕБАТЕЛРНОМ КОНТУРЕ

Методические указания к выполнению лабораторной работы О-04 по курсу «Общая физика» для студентов всех специальностей

–  –  –

Отпечатано в Издательстве ТПУ в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета Подписано к печати _____ ___ 2010. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать XEROX. Усл.печ.л. 9,01. Уч.-изд.л. 8,16.

Заказ. Тираж ____ экз.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

Похожие работы:

«ОАО ГМС Насосы Россия 303851, г. Ливны Орловской обл. ул. Мира, 231 ЭЛЕКТРОНАСОСЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОНСОЛЬНЫЕ МОНОБЛОЧНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ТИПА 1КМЛ Руководство по эксплуатации Н49.927.00.00.000 РЭ Содержание Лист Введение. 4 1. Описание и работа электронасоса. 5 1.1 Назначени...»

«Санкт-Петербургский государственный университет Механика и математическое моделирование Молекулярно-кинетическая теория жидкости и газа Алексеева Мария Викторовна Влияние физико-химических характеристик среды на ударно-волновые процессы Магистерская диссертация Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Рыдалевская М.А.Реценз...»

«ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ОПЕРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ РАБОТ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 09. Теплоизоляция стыковых соединений элементов наружных стеновых панелей ТР 94.09-99 Дата введения 2000-06-30 РАЗРАБОТАН ГУП НИИМосстрой (тома ТР 94.02-99, ТР 94.05-...»

«г. Казань 28.04.2017 http://i016.ru/26764 К2 Спецтехника Адрес: ул. Аграрная, 1 GPS: 59.725456 30.340801 Телефоны: +79872981140 Email: k2kzn@yandex.ru Сайт: http://exkavatori-exmash.ru/ Специализация: Компания "К2 СПЕЦТЕХНИКА" — крупнейший официальный дилер...»

«СОГЛАСОВАНО И СИ 41 НИР Система измерений расхода и Внесен в Г осударственный реестр количества дизельного топлива средств измерений на базе счетчика-расходомера Регистрационный № Q9 массового кориолисового Взамен № ROTAMASS модели RCCS 38 и комплекса измерительн...»

«Эксплуатация и техническое обслуживание консоли Р80 Информация о версии ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ КОНСОЛИ Р80 P/N 303135-192 rev E © April 2015 Precor Incorporated. Все права защищены. Технические характеристики могут изменяться без уведомления. Данный документ...»

«ЖЭТФ, том выn. стр. 2038-2044 1999, 116, 6(12), @1999 ВАКАНСИОННЫЙ МЕХАНИЗМ АНОМАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ АТОМОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Ю. н. Девятко·, С. В. Рогожкuн, В. И. Троян Московский инженерно-физический институт 115409, Мо...»

«TRUCKNOLOGY® GENERATION A (TGA) Издатель MAN Nut zfahr zeuge AG О тдел TDB D a c h a u e r S t r. 667 D 80995 Mnchen EM a il: tdb@de.man-mn.com Фа кс: + 4 9 ( 0 ) 8 9 15 8 0 4 2 6 4 МAN сохраняет за собой право внесения технических измене...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.