ОБЛАДНАННЯ. 1. Вольтметр змінного струму на 150 В (PV) - 1шт.

1. Вольтметр змінного струму на 150 В (PV) - 1шт.

2. Міліамперметр змінного струму на 300 мA (PmA) - 1шт.

3. Кіловатметр однофазний на 0, 6 кВт (PW) - 1шт.

4. Резистор ПЕВ-75-750 Ом (r) - 1шт.

5. Конденсатор 4мкФ 400В (С) - 1шт.

6. Котушка індуктивності L₁ з рухомим феромагнітним

осердям (L) - 1 шт.

7. Комплект з’єднувальних проводів - 1шт.

Короткі відомості з теорії

При проходженні змінного струму по опору (при відсутності індуктивності і ємності) воно називається активним. Активний опір характеризується тим, що в ньому виділяється тепло. Змінний струм створює в середині провідника змінний магнітний потік, що створює проти-е.р.с., яка виштовхує струм на поверхню, де збільшується щільність струму, що рівнозначно зменшенню ефективного перерізу провідника. Вихрові струми в провіднику нагрівають його, що викликає додаткове збільшення активного опору. Тому активний опір провідника дещо більше омічного. Він знаходиться за законом Ома для кіл з активним опором: ,

де I - діюче значення струму в колі, А; Ua - діюче значення

напруги на кінцях опору, В; - активний опір, Ом.

У колі з активним опором вектор струму співпадає з вектором напруги за напрямком і за фазою, тому кут між ними дорівнює нулю, а коефіцієнт потужності cosφ = 1.

Активна потужність (середня) в колі з активним опором дорівнює:

Активна потужність характеризується переходом електричної енергії в інші види енергії: теплову, світлову, променеву, хімічну, механічну та ін. Кола з індуктивністю характеризуються індуктивним опором:

,

де ω – кутова частота, рад/с; L – індуктивність котушки, Гн;

f – частота електричного струму, Гц.

Індуктивний опір прямо пропорційний частоті мережі та індуктивності котушки і призначений для створення магнітних полів у котушках індуктивності, трансформаторах, електромашинах та ін.

Закон Ома для кола з індуктивністю:

,

де U_к –індуктивне падіння напруги, В; X_L – індуктивний опір, Ом.

У колі з індуктивністю вектор індуктивного спаду напруги випереджує за фазою вектор струму на кут 90^О в напрямку проти годинникової стрілки, а вектор е.р.с. відстає на кут 90^О.

Індуктивна потужність у колі з індуктивністю:

.

Індуктивна потужність характеризується неперервним коливанням енергії між колами з магнітним полем котушки і джерелом енергії.

Ємнісний опір визначається виразом:

,

де ω – кутова частота, рад/с; С - ємність конденсатора, Ф.

Ємнісний опір обернено пропорційний частоті мережі і ємності конденсатора. У ємнісному опорі тепло не виділяється, а енергія накопичується у вигляді електричного поля конденсатора.

Закон Ома для кола з ємністю:

,

де U_c - ємнісне падіння напруги, В; X_c – ємнісний опір, Ом.

В колі з ємністю вектор струму випереджує за фазою вектор ємнісного спаду напруги на кут 90^О у напрямку проти годинникової стрілки. Ємнісна потужність у колі з ємністю:

Q_c = U_cI = x_cI².

Ємнісна потужність характеризується безперервним коливанням (обміном) енергії між електричним полем конденсатора та джерелом електроенергії. Коло з котушкою індуктивності уявляє послідовне включення активного опору та індуктивності і характеризується повним опором:

.

Закон Ома для кола з котушкою індуктивності:

.

Напруга на затискачах котушки дорівнює геометричній сумі активного та індуктивного спадів напруг:

.

Активне падіння напруги котушки індуктивності:

U_АК=r_К I.

Індуктивне падіння напруги котушки індуктивності:

U_LK= X_LKI.

Коефіцієнт потужності котушки індуктивності:

,

де P_K – активна потужність котушки, Вт; U_K – напруга на затискачах котушки, В.

У колі з котушкою індуктивності вектор напруги випереджує за фазою вектор струму на кут φ _K.

Повна (уявна) потужність котушки індуктивності:

,

де P_K = r_K I² = U_KI cos φ _K – активна потужність котушки, Вт;

Q_LK = x_LK I² = U_KI sin φ _K – реактивна потужність котушки, вар.

Послідовність виконання роботи

1. Зберіть схему вимірювання, зображену на рис. 2 з актив- ним опором r, покажіть викладачу чи лаборанту для перевірки, зробіть заміри і результати запишіть в табл.2

Рис. 2. Схеми вимірювання активного, ємнісного та індуктивного опорів.

2. Замість резистора в схему підключіть набір конденсаторів ємністю С, зробіть заміри і результати запишіть в табл. 3.

3. Замість конденсаторів у схему підключіть котушку індуктивності, зробіть заміри і запишіть в табл. 4.

4. Обчисліть потрібні значення параметрів кола, розрахунки та результати запишіть в звіт.

5. Для чотирьох дослідів побудуйте у масштабі векторні діаграми.

6. Зробіть виводи та рекомендації.

7. Усно дайте відповіді на контрольні запитання.

Таблиця 2

Параметри дослідження активного опору

Таблиця 3

Параметри дослідження ємнісного опору

Таблиця 4

Параметри дослідження котушки індуктивності

Зміст звіту

1. Схема вимірів (рис. 2)

2. Табл. 2...4.

3. Формули обчислення та числовий розрахунок.

4. Векторні діаграми в масштабі.

5. Висновки та рекомендації

Рис. 3. Векторні діаграми напруг і струмів схем: а – з активним опором; б – з ємнісним опором; в – з котушкою індуктивності, без осердя; г – з котушкою індуктивності, з осердям;

Контрольні запитання

1. Сформулюйте закони Ома для кіл синусоїдного струму з різним опором.

2. Які бувають потужності і як вони розраховуються? Фізичний зміст кожної потужності?

3. Які бувають падіння напруги?

4. Який порядок розрахунку потужності котушки?

5. Як залежать опори r, x_L, x_C від частоти?

Бібліографічний список

[ 1. C. 40…68; 2. C. 60…78; 3. C. 46…68; 4.C. 32…53;

5. С. 56…83; 6 С. 48…55; 7. 30…50 ].