Порядок виконання роботи. 3.5.1. Переконатися в тому, що активний опір і зрушення фаз між струмом та напругою не залежить від частоти у колі з чисто активним приймачем R1

3.5.1. Переконатися в тому, що активний опір і зрушення фаз між струмом та напругою не залежить від частоти у колі з чисто активним приймачем R ₁, R ₂. Для цього необхідно:

· Скласти за допомогою перемикачів S 1 і S 2 схему дослідження підключити до неї фазометр (рис. 3.4).

Рисунок 3.4

· Установити на генераторі частоту 5 кГц і напругу 5 В, яку виміряти виносним вольтметром, підключивши його до гнізд 1− 3 макета.

· Підтримуючи напругу U ₁₃ = 5 В, виміряти напругу U ₂₃ і фазовий кут на двох частотах. Результати вимірювань занести в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

F, кГц
U 23, В
j, град
, мА

· Для наведених частот розрахувати значення струму I _R і результати занести в табл. 3.1. Виміряти й записати напругу U ₁₂ для однієї із частот.

3.5.2. Досліджувати вплив частоти на індуктивний опір і зрушення фаз між струмом і напругою у колі, що імітує коло з ідеальною котушкою індуктивності. Для цього необхідно:

· Скласти за допомогою перемикачів S 1 і S 2 схему дослідження (рис. 3.5).

·

Рисунок 3.5

· Установити на генераторі частоту 5 кГц і напругу 5 В, яку виміряти виносним вольтметром, підключивши його до гнізд 1− 3 макета.

· Підтримуючи напругу U ₁₃ = 5 В, виміряти напругу U ₂₃ і фазове зрушення струму відносно вхідної напруги U ₁₃, створене котушкою індуктивності, на чотирьох частотах. Результати вимірювань занести в табл. 3.2.

Таблиця 3.2

· Для всіх частот розрахувати індуктивний опір за формулою

; ;

оскільки та

Результат занести в табл. 3.2.

3.5.3. Досліджувати вплив частоти на ємнісний опір і зрушення фаз між струмом і напругою у колі, що імітує коло з ідеальним конденсатором індуктивності. Для цього необхідно:

· Скласти за допомогою перемикачів S 1 і S 2 схему дослідження

(рис. 3.6).

Рисунок 3.6

· Установити на генераторі частоту 5 кГц і напругу 5 В, яку виміряти виносним вольтметром, підключивши його до гнізд 1− 3 макета.

· Підтримуючи напругу U ₁₃ = 5 В, виміряти напругу і фазове зрушення, створене конденсаттором, на чотирьох частотах. Результати вимірювань занести в табл. 3.3.

Таблиця 3.3

· На всіх частотах розрахувати ємнісний опір за формулою

оскільки та .

Результати розрахунків занести в табл. 3.3.

3.5.4. Досліджувати фазові співвідношення й перевірити виконання другого закону Кірхгофа для кіл зі змінним струмом у послідовному RL -колі. Для цього необхідно:

· Скласти схему за допомогою перемикачів S ₁ і S ₂ дослідження (рис. 3.7).

· Установити на генераторі частоту 5 кГц і напругу 5 В, яку виміряти виносним вольтметром, підключивши його до гнізд 1− 3 макета.

Рисунок 3.7

· Виміряти напруги U ₁₂, U ₂₃, фазове зрушення напруги U ₂₃ відносно U ₁₃ на чотирьох частотах. Результати вимірювань занести в табл. 3.4.

Таблиця 3.4

3.5.5. Досліджувати фазові співвідношення та перевірити виконання другого закону Кірхгофа у колі зі змінним струмом у послідовному RC -колі. Для цього необхідно:

· Скласти схему за допомогою перемикачів S ₁ і S ₂ дослідження (рис. 3.8).

Рисунок 3.8

· Установити на генераторі частоту 5 кГц і напругу 5 В, яку виміряти виносним вольтметром, підключивши його до гнізд 1− 3 макета.

· Виміряти напругу U ₁₂, U ₂₃ і фазове зрушення напруги U ₂₃ відносно U ₁₃ на чотирьох частотах. Результат занести в табл. 3.5.

Таблиця 3.5

3.6. Зміст та оформлення звіту

3.6.1. За результатами пп. 3.1– 3.5 і табл. 3.1– 3.5 побудувати із дотриманням відповідних масштабів векторну діаграму напруг і струму. Переконатися в справедливості другого закону Кірхгофа для однієї з частот.

3.6.2. Розрахувати індуктивний опір котушки на частотах, зазначених у табл. 2, за формулою .

3.6.3. За результатами розрахунку п. 3.2 і табл. 3.2 побудувати в одній і тій же координатній системі графіки залежностей X_L (F) на підставі отриманих розрахункових та експериментальних даних.

3.6.4. За результатами п. 3.2.4 і табл. 3.2 побудувати векторну діаграму напруг і струму для кола з індуктивним опором для частоти 10 кГц.

3.6.5. Розрахувати опір конденсатора на частотах, наведених у табл. 3, за формулою

.

3.6.6. За результатами розрахунку п. 3.6.5 і табл. 3.3 побудувати графіки залежностей X_С (F).

Графіки будувати на тому ж рисунку, що й залежність X_L (F), на підставі отриманих розрахункових та експериментальних даних.

3.6.7. За результатами п. 3.3.4 і табл. 3.4 побудувати векторну діаграму напруг і струму для кола з ємнісним опором для частоти 10 кГц.

3.6.8. За результатами п. 3.4.2 для частоти 10 кГц побудувати на одному рисунку з дотриманням масштабів векторні діаграми напруг і струму для послідовного RL -кола. Переконатися в справедливості другого закону Кірхгофа для модулів у цьому колі.

3.6.9. За результатами п. 3.5.2 зробити аналогічні побудови, розрахунки і висновки для послідовного RС -кола.

3.6.10. За даними табл. 3.4 і 3.5 побудувати графіки залежностей U ₂₃(F) та U ₁₂(F) у тій же координатній системі.

Контрольних запитання

1. Чи залежить активний опір резистора та фазове зрушення між струмом і напругою від частоти?

2. Як за допомогою векторної діаграми перевірити виконання другого закону Кірхгофа в колах з активним опором?

3. Як записується комплекс струму (напруги, опору) в алгебричній, тригонометричній і показовій формах?

4. Як записати вираз для комплексів модуля опору послідовного кола з R, L, С -елементів?

5. Як відраховують зрушення фаз за часовими і векторними діаграмами?

6. Чому дорівнює зрушення фаз між напругою та струмом для активного опору, конденсатора, котушки індуктивності? Чи залежить це зрушення фаз від частоти?

7. Як зміниться фазове зрушення між напругою та струмом у колі, що містить послідовно з'єднані резистор і конденсатор (котушку індуктивності), якщо збільшити (зменшити) частоту струму або збільшити (зменшити) опір резистора; якщо збільшити (зменшити) напругу?

8. Чим фізично визначається зрушення фаз між струмом і напругою в котушці індуктивності й конденсаторі?

9. У чому відмінність законів Ома і Кірхгофа для кіл змінного струму порівняно з відповідними законами для кіл постійного струму? Відповідь поясніть прикладами.

10. Як побудувати векторну діаграму й перевірити з її допомогою виконання другого закону Кірхгофа в послідовному RL і RC -колі, якщо відомі напруги U ₁₃ і U ₂₃ та зрушення фаз між ними?

11. Як пояснити характер зміни напруги на елементах послідовного RL і RC -кола при зміні частоти?

12. Що означає вираз " Опір кола має індуктивний (ємнісний) характер"?

13. Комплекс напруги U = (3+4 J). Що покаже вольтметр, який вимірює цю напругу?

Джерела інформації

1. Касаткин А. С. Электротехника / А. С. Касаткин, М. В. Немцов. − М.: Энергоатомиздат, 1983. − С. 46− 55, 57− 78, 89− 90, 84− 87.

2. Пантюшин В.С. Электротехника. − М.: Высш. шк., 1976. – 2-е изд. − С. 71− 86, 88− 100, 105− 108.