Фізика. Електромагнетизм (стр. 3 )

Електричне коло під’єднане до джерела змінного струму з напругою

. (3.3)

У колі буде протікати змінний струм:

Рис. 6.

де - зсув фаз між струмом і напругою.

Елементарна робота, яка виконується струмом в даному колі за проміжок часу , буде дорівнювати:

,

а повна робота за один період :

Позначимо через , .

Ці величини називаються ефективними значення струму і напруги. Ефективне, або діюче, значення струму і напруги змінного струму дорівнює такому значенню постійного струму, який проходить через даний провідник, виділяє ту ж саму потужність, що й даний змінний струм. Всі електровимірювальні прилади вимірюють тільки ефективні значення. Тоді робота виконана змінним струмом за один період

, (3.4)

а потужність

, (3.5)

де - називається коефіцієнтом потужності

. (3.7)

Хід роботи

1.  Скласти електричне коло за схемою (рис. 7).

2.  Визначити ціну поділок ватметра, вольтметра і амперметра.

3.  Включити в коло електричну лампочку і, вимірявши струм , напругу і потужність , знайти за формулою (3.7) .

4.  Включити в коло паралельно електричну лампочку і конденсатор і знайти .

5.  Включити в коло паралельно електричну лампочку і котушку індуктивності і знайти .

Рис. 7.

6.  Включити в коло паралельно електричну лампочку, конденсатор і котушку індуктивності і знайти . Результати вимірювання занести у табл. 3.

Таблиця 3.

№ п/п	, А	, В	, Вт
1 2 3 . . .

7.  Провести статистичну обробку результатів вимірювання

Контрольні питання

1.  Пояснити принцип дії ватметра.

2.  Вивести формулу роботи і потужності змінного струму.

3.  Що таке ефективне значення струму і напруги?

Бібліографічний список

1.  Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик курс фізики.-К.: Техніка, 2001.-Т.2.-С. 374-376.

2.  Трофимова физики. - М.: Высш. шк., 1985.-С. 219-224.

3.  Савельев общей курс физики. - М.: Наука, 1973. Т.2.-С. 338-357.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 60

ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ ОМА ДЛЯ ЗМІННОГО СТРУМУ

Мета роботи: вивчення кола змінного струму та перевірка закону Ома.

Прилади та матеріали: 1) котушка індуктивності; 2) магазин конденсаторів; 3) амперметр; 4) вольтметр; 5) автотрансформатор; 6) набір провідників.

Загальні відомості

У даній роботі закон Ома для змінного струму перевіряється в колі, яке складається із послідовно з’єднаних котушки індуктивності з активним опором і конденсатора, які під’єднані до джерела струму з змінною е. р. с. (рис. 8).

Рис. 8.

Згідно із законом Кірхгофа маємо:

, (4.1)

де - струм у колі; - напруга на обкладках конденсатора; - заряд; - е. р. с. самоіндукції в котушці індуктивності; - активний опір.

Тоді рівняння (4.1) запишеться:

. (4.2)

Продиференціювавши це рівняння і врахувавши, що , одержимо:

. (4.3)

Диференціальне рівняння (4.3) буде мати розв’язок:

, (4.4)

тобто в колі протікає змінний струм, який буде зсунутий за фазою на відносно е. р. с.

Підставивши розв’язок рівняння (4.4) у рівняння (4.3), одержимо:

,

або

, (4.5)

де - напруга на котушці індуктивності; - напруга на активному опорі; - напруга на конденсаторі.

Векторна діаграма амплітудних значень напруг представлена на рис. 9, де за опорну вісь вибрано напрям струму.

Рис. 9.

За теоремою Піфагора маємо:

.

Звідки

, (4.6)

де - активний опір кола; - індуктивний опір; - ємнісний опір.

Перевірка рівняння (4.6) ((4.6) – це закон Ома для змінного струму) проводиться за схемою (рис. 10).

Рис. 10.

Напруга на вході кола регулюється автотрансформатором. Оскільки всі прилади вимірюють не амплітудні, а ефективні значення і , які зв’язані з амплітудними такими співвідношеннями:

, .

Тоді закон Ома для змінного струму перепишеться у вигляді:

, (4.7)

де - ефективне значення струму в колі, - ефективне значення напруги на вході кола, яка може змінюватись автотрансформатором. З рівняння (4.7) слідує, що:

, (4.8)

де

(4.9)