лаба 13 электричество. Отчет по лабораторной работе 13 По дисциплине
 Скачать 108.97 Kb.
|
|
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ  МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра общей и технической физики Отчет по лабораторной работе №13 По дисциплине ФИЗИКА (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема: Измерение параметров емкостей в цепи переменного тока Автор: студент гр. ПМК-22 Николаев А. А. (шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.) ОЦЕНКА: Дата: ПРОВЕРИЛ (должность) (подпись) (Ф.И.О.) Санкт-Петербург 2023 год Цель работы: Определение импеданса, сдвига фаз и измерение ёмкости на разных частотах в резистивно-ёмкостной цепи. Краткое теоретическое содержание Изучаемое явление - явление импеданса. Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин Переменный ток – это электрический ток, изменяющийся по времени. Реактивный элемент – устройство, способное накопить электрическую энергию, подведенную к нему в виде напряжения или тока от генератора, и затем отдать её в нагрузку. Индуктивность – коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и величиной этого тока. Виды сопротивлений: ёмкостное (создаваемое конденсатором), индуктивное (создаваемое катушкой), активное (электрической цепи или её участка), реактивное (элемента схемы, вызванное изменением тока или напряжения из-за индуктивности или ёмкости того элемента) и импеданс. Ёмкостное сопротивление – величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической ёмкостью цепи (или её участка). Импеданс – комплексное сопротивление между двумя узлами цепи или двухполюсника для гармонического сигнала, аналог электрического сопротивления для гармоничных процессов. Электрическая ёмкость – характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. Фазовый сдвиг – разность между начальными фазами двух переменных величин, изменяющихся во времени периодически с одинаковой частотой. Циклическая частота – скалярная величина, мера частоты вращательного или колебательного движения. Закон Ома – физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или электрического напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника.  ,где I – сила тока (А), U – напряжение (В), R – сопротивление (Ом). Связь циклической частоты и частоты сигнала:  Схема установки  Схема представлена в виде последовательно соединённых резистора R и конденсатора C, замкнутых на источнике переменного тока U. А с учётом подключённых к этой схеме измерительных приборов окончательный вид схемы, где выходы 1 и 2 идут соответственно с резистора и блока питания на осциллограф. К источнику тока (функциональному генератору) параллельно подключён цифровой счётчик.  Основные расчётные формулы Циклическая частота: Емкостное сопротивление:  Ёмкость конденсатора:  где f – частота (Гц), R – сопротивление резистора (Ом), Um – амплитудное напряжение (В), URm – амплитудное напряжение на резисторе (В). Импеданс (полное сопротивление):  где R – сопротивление резистора (Ом), XC – реактивное сопротивление конденсатора (Ом). Амплитудно-частотная характеристика (действующее значение силы тока в цепи):  где Um – амплитудное напряжение (В), Z – импеданс цепи (Ом). Теоретический фазовый сдвиг:  где - циклическая частота (Гц), R – сопротивление цепи (Ом), C – емкость конденсатора (Ф). Измеренный фазовый сдвиг:  где T – период (с), t – время (с). где - циклическая частота (Гц), C – измеренная емкость конденсатора (Ф). где f – частота сигнала (Гц). Формулы для расчёта погрешностей косвенных измерений Абсолютная погрешность измерений емкости конденсатора:  Абсолютная погрешность измерений фазового сдвига  Абсолютная погрешность измерений циклической частоты:  Абсолютная погрешность измерений емкостного сопротивления:  Абсолютная погрешность измерений силы тока:  Абсолютная погрешность измерений импеданса:  Погрешности прямых измерений ∆t=∆T=0,1 мс ∆Um=∆URm=0,2 В ∆f=1 Гц Исходные данные: R=200 Ом, C=1 мкФ Обработка результатов Таблица 1 - Измерение напряжений и емкостей в RC-цепи
Пример вычисления для опыта 1:    Таблица 2 - Измерение фазового сдвига в RC-цепи
Пример вычисления для опыта 1:   Вычисление косвенных погрешностей:      Графический материал  Рис. 1 - Зависимость импеданса от частоты сигнала  Рис.2 Зависимость сдвига фаз от частоты  Рис. 2 - Зависимость силы тока от частоты сигнала Конечные результаты Емкость конденсатора с учётом абсолютной погрешности C=0,96±0,13 мкФ Вывод Вычисленное среднее значение емкости конденсатора С=0,96мкФ отличается от заданной емкости в 1 мкФ на 4% Построенные графики зависимостей полного сопротивления цепи, фазового сдвига, силы тока в цепи от частоты отражающие следующие зависимости: при увеличении частоты импеданс уменьшается; при увеличении частоты фазовый сдвиг уменьшается при увеличении частоты сила тока возрастает. |