Оборудование и средства измерения

• миллиамперметр,
• источник питания,
• катушки с сердечниками,
• дугообразный магнит,
• соединительные провода,
• выключатель,
• магнитная стрелка (компас),
• реостат.

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Проверьте оборудование и средства измерения.

Подготовка к проведению работы

1. Вставьте в одну из катушек железный сердечник, закрепив его гайкой.
2. Подключите эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику питания.
3. Замкните ключ и с помощью магнитной стрелки (компаса) определить расположение магнитных полюсов катушки с током. Зафиксируйте, в какую сторону отклоняется при этом стрелка миллиамперметра. В дальнейшем при выполнении работы можно будет судить о расположении магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки миллиамперметра.
4. Отключите от цепи реостат и ключ, замкните миллиамперметр на катушку, сохранив порядок соединения их клемм.

Проведение эксперимента

1. Приставьте дугообразный магнит одним из полюсов к сердечнику.
2. Выдвиньте сердечник из катушки одновременно наблюдая за стрелкой миллиамперметра.
3. Повторите наблюдение, вдвигая сердечник внутрь катушки, а также меняя полюса магнита.
4. Проверьте выполнение правила Ленца в каждом случае.
5. Возьмите вторую катушку и расположите ее так, чтобы оси катушек совпадали.
6. Вставьте в обе катушки железный сердечник.
7. Присоедините вторую катушку через выключатель к источнику.
8. Замыкая и размыкая ключ, наблюдайте отклонение стрелки миллиамперметра.
9. Проверьте выполнение правила Ленца.

Результаты экспериментов:

Измерено

Вычислено

l o м

l м

D м

F H

Δи l м

Δo l м

Δ l м

Δи D м

Δ D м

Δи F H

Δo F H

Δ F H

E Па

ε %

Δ E Па

 

 

Практическая работа №4

Тема: «Расчет цепей переменного тока»

Учебная цель: научиться решать задачи на расчет цепей переменного тока

1. Научиться пользоваться формулами

2. Научиться оформлять решения задач.

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь:

- описывать и объяснять виды соединения проводников;

- делать выводы на основе решения задач.

  знать:

- виды соединения проводников

- смысл понятий последовательное, параллельное, смешанное соединении проводников

Оборудование и оснащение:

1.Учебно-методическая литература:

- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2013.

- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб.пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М.,2013.

- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Лабораторный практикум: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева, А. В. Коржуев, О. В. Муртазина. — М., 2014.

 

2.Справочная литература:

- Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика. М. Просвещение. 2010.;

 

3..Калькулятор инженерный или простой.

4.Ручка.

5.Карандаш простой (для построения графиков, диаграмм).

   6. Чертежные принадлежности: линейка.

 

 

Краткие теоретические материалы по теме практической работы

 

Теория:

В науке и технике важную роль играет переменный ток, который меняет значение и направление определенное число раз в секунду. При прохождении переменного тока через катушку индуктивности в ней возникает ЭДС самоиндукции, которая по правилу Ленца носит реактивный характер, то есть препятствует изменению тока в цепи. Кроме преодоления активного сопротивления проводника катушке необходимо преодолеть и противодействующую ЭДС самоиндукции. Поэтому для получения такой же силы переменного тока, как и постоянного, необходимо увеличить приложенное к катушке напряжение. Это можно объяснить тем, что по отношению к переменному току катушка обладает некоторым добавочным сопротивлением, которое зависит от индуктивности катушки L и называется индуктивным сопротивлением X_L. Индуктивное сопротивление X_L определяется по формуле: X_L = 2πfL, где f – частота переменного тока, Гц; L – индуктивность катушки, Гн; π = 3,14. Индуктивное сопротивление и потребляемую им мощность называют реактивным. В цепи переменного тока с активным сопротивлением R ток и напряжение совпадают по фазе. При этом потребляется активная мощность P, которая характеризует безвозвратную потерю энергии, то есть превращение энергии тока в другой вид энергии, например, в тепловую, механическую, химическую.

Активная мощность определяется по формуле: (Вт)

Полное сопротивление катушки в цепи переменного тока, активного R и индуктивного X_L сопротивлений, определяется по формуле: . Полная мощность

Конденсатор в цепи переменного тока представляет собой бесконечно большое сопротивление (разрыв цепи), так как состоит из двух пластин, между которыми имеется диэлектрик – изолятор. При подключении конденсатора к источнику постоянного тока в течение очень короткого времени в цепи идет зарядный ток. Как только конденсатор зарядится до напряжения источника, ток в цепи прекратится. Емкостное сопротивление определяется по формуле: X_с = 1/2πfС. Из формулы видно, что с увеличением частоты и емкости, емкостное сопротивление уменьшается. Конденсатор также как и катушка является реактивным сопротивлением, и потребляет реактивную мощность. В цепи переменного тока могут быть участки с активным, индуктивным и емкостным сопротивлением. Индуктивное сопротивление вызывает отставание по фазе тока от напряжения, а емкостное сопротивление дает обратный эффект, то есть оба сопротивления действуют в противофазе. Это означает, что когда конденсатор запасает энергию, катушка в тот момент ее отдает. В следующий момент - наоборот. Общее реактивное сопротивление цепи равно нулю, а полное сопротивление цепи: .

Ход работы

1. Цепь переменного тока содержит различные элементы, включенные последовательно. Данные для своего варианта взять из таблицы.
2. Начертить схему цепи, включая только те элементы (резисторы, индуктивности, емкости), величины которых заданы в таблице для каждого варианта.
3. Определить следующие величины, относящиеся к данной цепи, если они не заданы, как дополнительный параметр в таблице:

• Полное сопротивление цепи (Z)
• Напряжение U, приложенное к цепи
• Ток I
• Индуктивное (X_L) сопротивление: ; емкостное (X_c) сопротивление:
• 
• Активную и полную мощность:: (Вт), (Вт)

P.S. Использовать формулу для последовательного соединения сопротивлений, конденсаторов и индуктивностей (все формулы аналогичны друг другу, меняются только элементы)

2.Задания для практической работы:

 

Варианты	R1,Ом	R2,Ом	L1,мкГн	L2,мкГн	С1, мФ	С2, мФ	Дополни- тельный параметр
01	4	-	4	5	6	7	8
02	6	2	6	-	3	-	U=48 В
03	-	6	3	-	9	-	U=40 В
04	6	2	-	12	-	4	I=5 А
05	4	4	12	-	6	-	U=20 В
06	3	-	-	6	12	-	U=36 В
07	-	8	6	-	-	2	I=3 А
08	16	-	-	16	4	6	U=20 В
09	-	4	10	8	6	-	U=80 В
10	3	-	3	-	2	4	I=4 А
11	4	4	2	-	-	6	U=50 В
12	4	4	-	4	10	-	P=200 Вт
13	6	-	2	-	-	8	U=60 В
14	8	8	-	4	12	-	I=25 А
15	-	4	-	8	8	-	I=5 А
16	6	8	5	-	5	3	P=100 Вт
17	-	8	-	4	4	-	U=20
18	6	-	-	12	4	2	I=16
19	4	2	2	-	-	10	I=8
20	5	3	-	12	4	-	P=600
21	3	6	3	-	-	9	U=5
22	-	4	-	6	6	-	U=45
23	4	4	8	4	3	6	I=12
24	-	4	-	4	10	-	P=72
25	6	2	-	6	-	3	P=300

Примечание: прочерк означает, что данного элемента в цепи нет

 

Контрольные вопросы:

1. В какую энергию преобразуется цепь с активным сопротивлением?
2. Укажите параметры переменного тока, от которого зависит индуктивное сопротивление катушки.
3. Какое сопротивление называется реактивным?
4. Что называется амплитудой тока (напряжения)?
5. Какой ток называется переменным?

Инструкция по выполнению практической работы

1.ознакомьтесь с теоретическими материалами

2. Прочитайте задачи

3.Решите предложенные задачи

4. Оформите решение письменно в тетради