Лабораторна робота 3

Дослідження електричних кіл

синусоїдального струму

3.1. Ціль роботи

Закріплення теоретичного матеріалу розділу " Кола синусоїдального струму". Експериментальне дослідження властивостей активних та реактивних елементів та найпростіших електричних кіл синусоїдального струму, які складаються з них. Перевірка законів Ома і Кірхгофа в комплексній формі.

3.2. Опис лабораторної установки

В установці використовується лабораторний макет з R, L і С -елементами, джерело змінної напруги – генератор гармонійних коливань, електронний багатомежовий вольтметр, фазометр.

Схема макета зображена на його передній панелі та наведена на рис. 3.1, на якому показані: резистор R 1, котушка індуктивності L, конденсатор С, вимірювальний резистор R _вим, перемикачі S 1 і S 2. Номінальні значення елементів зазначені на макеті. Перемикачі S 1 і S 2 дозволяють встановити потрібні кола. На панелі макета передбачені клеми для підключення джерела синусоїдальної напруги й вимірювальних приладів. Генератор підключають до клем 1–3, між якими пунктиром показана схема заміщення генератора, де Е_і – ЕРС,

R_і – внутрішній опір.

Рисунок 3.1

3.3. Методика вимірювання

Безпосереднє вимірювання змінного струму в потрібному діапазоні частот здійснюється за допомогою амперметра (рис. 3.2, а), прямий метод викликає певні труднощі. Тому в лабораторній роботі використаний непрямий метод вимірюван-ня, заснований на законі Ома: у коло струму І_х, що вимірюється, підключається активний опір з відомим значенням R _вим, і вимірюють вольтметром спадання напруги U на ньому (рис. 3.2, б). У цьому випадку

I_{х вим} = U/R _вим.

Рисунок 3.1

Щоб введення R _вим істотно не змінило початкове значення струму в колі, його опір повинен бути набагато менше опору кола Z:

; ;

при , при .

У лабораторному макеті R _вим = 3 Ом.

У гілці з активним опором Z = R фази напруги й струму збігаються. Якщо значення R відомо, то струм можна обчислити без введення в коло вимірювального опору за формулою ,

де U – падіння напруги на R.

Фазометр вимірює фазовий кут між двома напругами, тобто зрушення фази однієї напруги стосовно фази іншої. Та напруга, стосовно якої вимірюється фазове зрушення, називається опорною. Вибір її довільний і проявляється тільки у позначці кута, що вимірюється. Відповідно фазометр має дві пари вхідних клем.

Приклад увімкнення фазометра для вимірювання зрушення фаз на ділянці 1–2 схеми (тобто різниці фаз напруги U ₂₃ і напруги U ₁₃) наведений на рис. 3.3.

Рисунок 3.3

Якщо в цій схемі R < < z, фаза і модуль струму у колі практично визначиться реактивним елементом Z. Фаза напруги на активному опорі R збігається з фазою цього струму. Тому обмірюване фазове зрушення між U ₂₃ і U ₁₃, що вимірюється, по суті є зрушенням фаз між струмом і напругою U ₁₃.

При R < < z U ₁₃ ≈ U ₁₂. Отже, показання фазометра можна вважати фазовим зрушенням струму в реактивному елементі Z відносно напруги на ньому U ₁₂≈ U ₁₃. При положенні стрілки фазометра лівіше нуля треба змінити положення тумблера " опережает" на " отстает", причому положення " опережает" означає, що зрушення по фазі береться з позначкою " + ", " отстает" – з позначкою " − ".

3.4. Підготовка пристрою до роботи

3.4.1. Увімкнути у розетки мережі 220 В кабелі живлення генератора, вольтметра та фазометра. З'єднати вихідні клеми генератора з гніздами 1 і 3 макета.

3.4.2. Установити на вольтметрі межу вимірювання 10 В.

3.4.3. Увімкнути після дозволу викладача всі прилади.

3.4.4. Записати в лабораторний журнал значення L і С, використовувані у макеті.