Лабораторна робота № 2 Тема: «Перевірка закону Ома при послідовному з’єднанні активного і реактивного опорів».

Лабораторна робота № 2

Тема: «Перевірка закону Ома при послідовному з’єднанні активного і реактивного опорів».

Мета: дослідити електричне коло змінного струму, що складається з послідовно з'єднаних індуктивної котушки та активного опору, з'ясувавши співвідношення між струмами і напругами в цьому колі, та перевірити закон Ома в даному колі.

1. Короткий теоретичний опис.

Фізичні процеси, що проходять у колах змінного струму, відрізняються від процесів, які відбуваються в колах постійного струму. Оскільки математичні методи для розрахунку кіл змінного струму застосувати складно, ці кола досліджують експериментальне, використовуючи побудову різних графіків. Найбільш зручними з них є векторні діаграми. З їх допомогою відображають спів­відношення між діючими значеннями напруг і струмів. Будуючи векторні діаграми у відповідному масштабі, можна виконувати електричні розрахунки.

Усі елементи в колах змінного струму поділяються на активні та реактивні. Активним елементом вважається той, при проходженні змінного електричного струму через який жодних індуктивних або ємнісних процесів у ньому не відбувається. При цьому векторна діаграма кола має вигляд, показаний на рис. 1, а. До реактивних елементів належать конденсатори та індуктивні котушки. Останні при вмиканні їх у коло змінного струму спричиняють зсув напруги відносно струму на кут 90° (рис. 1 ,б).

Рис. 1

Векторну діаграму кола, що складається з активного опору та індуктивної котушки (рис. 1, в), зображено на рис. 1, г. Загальна напруга на вході цього кола визначається виразом:

Повний опір кола, згідно з законом Ома:

де R = Uа / Iзаг — його активна, а ХL = UL / Ізаг — індуктивна складові. Повну потужність кола можна розрахувати за формулою:

де Р = Ua·І — активна, а QL — індуктивна потужності. Струм у колі визначається виразом, згідно закону Ома:

Iзаг = Uзаг / Z

2. Порядок виконання роботи.

1.    Ознайомитися з лабораторною установкою.

2.  Скласти електричну схему згідно з рис. 1 для дослідження кола змінного струму з послідовно з'єднаними індуктивним і активним опорами.

3.   Напругу Uзаг джерела живлення встановити в межах 50, 60, 70 В і в процесі виконання роботи підтримувати сталою.

4.    В індуктивну котушку вставити стальне осердя з мінімальним повітряним зазором.

5. Повзунок резистора R установити в крайнє праве положення, що відповідає максимальному значенню опору.

6.    Подати живлення на схему, ввімкнувши тумблер, установлений на планшеті.

7.   Дослідити   співвідношення   між   струмом   і   напругами, експериментальні дані занести в табл. 1.

Таблиця 1

8.   Розрахувати   значення  R, XL, Z, соs φ, Q, S   і результати обчислень занести втабл.1.

9. Повзунок резистора R установити в крайнє праве положення, що відповідає максимальному значенню опору.

10.  Поступово висовуючи осердя з індуктивної котушки, для трьох його положень зняти покази всіх вимірювальних приладів.

11.  Дослідити     співвідношення    між     струмом     і     напругами     в     схемі; експериментальні дані занести в таблицю, ідентичну за формою табл.1.

12.   Розрахувати значення R, XL, Z, соs φ, Q, S і результати обчислень занести в табл. 1.

13.  За даними табл. 1 побудувати графіки залежностей струму І, потужностей Р, Q, S і    соs φ від активного опору R. Для одного з його значень побудувати векторну діаграму напруг і струму в колі.

3. Контрольні питання.

3.1. Чому  зі збільшенням частоти змінного струму  індуктивний опір збільшується?

3.2. Які різниці фаз між струмом і напругою для котушки індуктивності?

3.3. У яких одиницях виміряються індуктивний опір?

3.4. Як записується аналог закону Ома для максимальних (ефективних) значень струму й напруги для реактивних елементів - котушки індуктивності?

4. Зробіть висновок проведенної роботи.