Міністерство освіти і науки України
Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
Фізико-технічний факультет
Кафедра теоретичної і експериментальної фізики
Лабораторна робота ФПЕ-009
ВИВЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПРОЦЕСІВ В ПРОСТИХ ЛІНІЙНИХ КОЛАХ ПРИ ДІЇ ГАРМОНІЧНОЇ ЕЛЕКТРОРУШІЙНОЇ СИЛИ.
Івано-Франківськ
Мета роботи: 1) вивчення електричних процесів в колах, складених з послідовно з’єднаних:
а) двох резисторів (коло RR),
б) резистора і конденсатора (коло RC),
в) резистора і котушки (коло RL);
2) вимірювання коефіцієнта передачі кіл RR, RC, RL; вивчення залежності коефіцієнта передачі кіл RC і RL від частоти вхідного сигналу;
3) оцінка параметрів кіл R, C, L;
4) визначення різниці фаз між коливаннями струму у дослідних колах і вхідною напругою.
Загальні відомості.
Коло змінного електричного струму являє собою ряд з’єднаних між собою в тій чи іншій послідовності елементів, в яких виникають струми з одним або кількома джерелами ЕРС.
Всі елементи електричного кола мають опір. Цей опір може бути двох видів: активний і реактивний. Якщо при проходженні струму через елемент відбувається тільки необоротне перетворення електричної енергії в теплоту, то його опір називають активним. Якщо ж подібної втрати електричної енергії не відбувається, то опір елемента називають реактивним.
Елемент кола з активним опором називається резистором. Реактивним опором – ємнісним і індуктивним – володіють відповідно конденсатори і котушки індуктивності.
Елементи кола називаються ідеальними, якщо вони мають тільки один вид опору – активний, ємнісний або індуктивний. Для ідеальних елементів справедливі відношення:
UR=IR R=const; (9.1)
C=const; (9.2)
L=const; (9.3)
де R – опір резистора; С – ємність конденсатора; L – індуктивність котушки; UR, UC, UL – спад напруг на відповідних елементах; I – струм через елемент; q – заряд конденсатора; –ЕРС самоіндукції, яка виникає в котушці при проходженні через неї змінного струму.
Елементи кола можуть бути лінійними і нелінійними. Якщо опір елемента не залежить від величини струму в колі або напруги на елементі, то елемент називається лінійним. Електричні кола, складені з лінійних елементів, також називаються лінійними. В лінійних колах електричні процеси описуються лінійними алгебраїчними або диференціальними рівняннями. Цій умові, наприклад, відповідають вирази (9.1) – (9.3). Електричні процеси в лінійних колах називаються установленими (стаціонарними) , якщо закон зміни всіх струмів і напруг співпадає з точністю до сталої величини із законом зміни зовнішньої ЕРС, діючої в колі. Якщо ця умова не виконується, то процеси називаються перехідними.
При аналізі електричних процесів в колах змінного струму до миттєвих значень струму можна застосовувати закони Ома, Кірхгофа та інші правила, встановлені для постійного струму, якщо змінний струм квазістаціонарний. Умова квазістаціонарності означає, що миттєві значення змінного струму практично однакові на всіх ділянках кола. Ця умова виконується для повільної зміни струму, коли миттєве значення не встигає змінитися за час поширення електричного процесу вздовж кола. Якщо Т – характерний час зміни миттєвого значення струму, а τ – час поширення електричного процесу вздовж кола протяжністю з швидкістю (рівній порядку величини швидкості поширення електромагнітного збудження с = 3 ·108 м/с), то умова квазістаціонарності запишеться у вигляді τ <<Т.
В подальшому будемо вважати, що елементи кола ідеальні і, в відповідності з співвідношеннями (9.1) – (9.3), лінійними. Електричні процеси будемо вважати встановленими, а змінні струми квазістаціонарними.
Розглянемо електричне коло, яке складається з послідовно з’єднаних резистора R, ємності С і індуктивності L (рис. 9.1). Припустимо, що джерело ЕРС (генератор) не має внутрішнього опору Rr, і утворює на вході електричного кола напругу U, рівну його ЕРС Е. Таке припущення завжди можна зроби...
