Лабораторна робота "Визначення параметрів котушки методом амперметру та вольтметру"

Автор: Олеярник Олександр Вікторович, вчитель фізики та астрономії загальноосвітньої школи № 33, Краматорської міської ради, Донецької області

Мета роботи:

Навчальна: ознайомити учнів з методикою отримання активної та реактивної складової котушки індуктивності в ланцюзі змінного струму методом зарубок та аналітичним способом;

Розвиваюча:розвиток логічного мислення, формування вміння проводити обчислення,  розвивати інтерес до вивчення фізики;

Виховна: виховання наполегливості в добуванні знань, виховувати просторову уяву, акуратність в роботі

ЛАБОРАТОРНА  РАБОТА

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ КОТУШКИ МЕТОДОМ АМПЕРМЕТРУ ТА ВОЛЬТМЕТРУ

Мета работи: експериментально визначити параметри котушки індуктивності методом амперметру та вольтметру, аналітичним та графічним способом розрахувати активну та реактивну складову котушки; навчитись розраховувати індуктивність котушки.

Підготовка до работи

I. Готуючись до работи, повторіть відповідний материал підручника.

35.         Ознайомтесь з методичними рекомендаціями щодо виконання роботи у класі, виконайте  запропоновані тренувальні вправи.

Методичні рекомендації

В завданні 1 експериментально визначають напругу на катушці індуктивності та резисторі. Котушку через амперметр під’єднують до джерела змінного струму (див.рис.2). Вимірюють силу струму у ланцюзі, напругу на активному опорі та котушці.

В завдані 2 методом зарубок визначають напругу на активному и реактивному опорі котушки. Для набуття навичок, рекомендуємо ретельно проробити тренувальну вправу № 2 даної работи.

В завданні 3 визначають активний та реактивний опір котушки у ланцюзі змінного струму. Котушку індуктивності, через амперметр та вольтметр під’єднують до джерела змінного струму за схемою, що вказана на рисунку .

Тренувальні вправи

Вправа 1.

Котушка індуктивності підключена до джерела змінного струму так,  як показано на рисунку 1. Зніміть покази приладів амперметру та вольтметру в ланцюзі, на активному опору та катушці, занесіть дані в таблицю та обчисліть всі наведені дані котушки.

Рисунок 1 – Значення загальної напруги та струму у ланцюзі

Рисунок 2 – Схема досліджуваного електричного ланцюга та значення напруги на активному опорі та котушці

За отриманими  значеннями U, I U_R,U_K  заповніть таблицю

Таблиця 1  – Результати вимірювань

Для розрахунку інших значень скористайтесь наступними формулами: Z_k = ;        R_R= ;  R=R_R+R_K; X_К = Z_K·sinφ_K =;  L_K = ;   U_a = U·cosφ;   U_ak = R_K· I;      U_p = U·sinφ                                        

Порівняйте отримані результати. Зробіть висновок: __________________________________

_______________________________________________________________________________________

Вправа 3. Котушка з активним опором підключена до джерела змінного струму Знаючи, що частота змінного струму 50 Гц, обчисліть індуктивність котушки графічним способом (метод зарубок)

Метод зарубок

За отриманими експериментальними даними обираємо масштаб струму та напруг, наприклад в 1 см 1 В, тобто напрузі 5В буде відповідати відрізок 5 В, відрізок 2 см напрузі 2 В и т.д.

Проводимо на горизонтальній вісі вектор з урахуванням масштабу напруг характеризуючий напругу на активному опорі включеного в коло послідовно з котушкою U_R рівним 3 см. З кінця даного вектора U_R розтином циркуля 2 см проводимо дугу, характеризуючу напругу U_k, з початку вектора U_R проводимо розтином циркуля 5.2 см дугу, характеризуючу загальну напругу ланцюга U. На перетині дуг отримаємо точку. З даної точки проведемо відрізок вниз, а з початку вектора U_к, також відрізок, горизонтальний відрізок буде характеризувати напругу U_ak, вертикальний- напругу U_pk. Домножимо довжини векторів U_ak, U_pk на величину масштабу напруг отримаємо значення напруг даних величин.

Дані величини напруг U_ak, U_pk можна отримати аналитичнимим способом, використовуючи нижче наведені формули

U² = (U_R + U_ak)² + U²_pk = U²_R + 2U_R·U_ak + U²_ak + U²_pk

U²_ak + U²_pk =  U²_k, отримаємо: U² = U²_R + 2U_R·U_ak + U²_k

Рисунок 3 – Векторна діаграма струмів та напруг для визначення параметрів катушки методом зарубок

Робота в класі

Мета учня: ________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Обладнання: джерело змінного струму напругою до 10В, котушка індуктивності, вольтметр змінного струму, амперметр, ключ, з'єднувальні дроти.

Порядок виконання роботи

Завдання 1. Визначте графічним способом (методом зарубок) активну і реактивну складову котушки.

1.Зберіть електричний ланцюг (див. рис. 4) для вимірювання опору котушки в ланцюзі змінного струму технічної частоти (50 Гц). Зніміть показання напруги ланцюга, сили струму, напруги ні індуктивності і ємності, занесіть дані в таблицю             

Рисунок 4 – Схема досліджуваного електричного ланцюга

Таблица 2  – Результати вимірювань

2. Побудуйте векторну діаграму для визначення парамерів котушки. Виміряйте довжини векторів U_ak и U_pk, домножте на величину обраного масштабу та отримайте числові значення. Розрахуйте активну та реактивну складову  котушки:

  L_K = ;

Використовуючи розрахункові формули визначте активну та реактивну складову котушки за наступними формулами:

Z_k = ;        R_R= ;  R=R_R+R_K; X_К = Z_K·sinφ_K =;  L_K = ;   U_a = U·cosφ;   U_ak = R_K· I;      U_p = U·sinφ

3. Зробіть узагальнений висновок щодо виконаної роботи