Зертханалық жұмыс «Тізбектей жалғанған актив және реактивті кедергісі бар айнымалы ток тізбегіндегі Ом заңы». Физика, 11 сынып, дидактикалық материал.

Айнымалы ток тізбектерінің элементтері. Сыйымдылық және индуктивті кедергілер, олардың айнымалы ток жиілігіне және элементтердің параметрлеріне тәуелділігі.

Мақсаты: сыйымдылық және индуктивті кедергілерінің айнымалы ток жиілігіне және элементтердің параметрлеріне тәуелділігін оқып-үйрену

Қысқаша теориялық түсінік

 Резисторлардан басқа, айнымалы ток тізбегіне индуктивті катушкалар мен конденсаторларды қолдануға болады. Тұрақты ток үшін индуктивті катушка тек активті кедергіге ие, ол әдетте аз болады (егер катушкаларда орам саны аз болса). Тұрақты ток тізбегіне конденсатор - жалғанбайды (оның активті кедергісі өте үлкен). Айнымалы ток үшін бұл элементтер белгілі бір реактивті кедеріге ие, ол детальдардың номинал мәндеріне тәуелді, катушкалар мен конденсатор арқылы өтетін айнымалы токтың жиілігіне де байланысты болады.

1.1. Айнымалы ток тізбегіндегі катушка.

Резистор мен индуктивті катушкасы бар тізбекте не болатынын қарастырайық. Катушка арқылы ағатын ток күші:

өздік индукция заңына және Ленц ережесіне сәйкес катушканың ұштарындағы кернеудің кемуін тудырады:

яғни,катушкадағы ток күшінің тербелісі кернеу тербелісінен фаза бойынша  /2-ге артта қалады.  LI_m - бұл кернеу амплитудасы:

Циклдік жиіліктің катушканың индуктивтілігіне көбейтіндісі индуктивті кедергісі деп аталады:

(1)

сондықтан катушкадағы кернеу мен токтың амплитудасы арасындағы байланыс тұрақты ток тізбегінің бөлігі үшін Ом заңымен сәйкес келеді:

(2)

(1) өрнегінен көріп отырғанымыздай, индуктивті кедергі берілген катушка үшін тұрақты мән емес, ол катушка арқылы өтетін айнымалы токтың жиілігіне пропорционал. Сондықтан индуктивтігі L өткізгіштегі ток күшінің I_m амплитудасы тұрақты кернеу U_L амплитудасына тура,ал айнымалы ток жиілігі мен индуктивтіліктің көбейіндісіне кері пропорционал :

.

1.2. Айнымалы ток тізбегіндегі конденсатор

Конденсатор пластиналар астарларындағы кернеу өзгерісі гармоникалық заң бойынша :

астарлардағы q зарядта гармоникалық заң бойынша өзгереді:

.

Электр тізбегіндегі электр тогы конденсатор зарядының өзгеруі нәтижесінде пайда болады, сондықтан тізбектегі ток күшінің өзгерісі заңға сәйкес :

Конденсатордағы кернеу тербелісі ток күші тербелісінен  /2-ге фаза бойынша қалып отырады. Мұндағы,  CU_m өрнегі ток күші тербелісінің амплитудасы:

Осыдан конденсатор сыйымдылығының кедергісі белгіленуін енгіземіз:

(3)

Ом заңы бойынша конденсатор үшін : (4)

(2) және (4) формулалар және кернеу мен ток күші әсерлік мәні үшін дұрыс.

• • Жұмыс барысы
    • 1-суретте көрсетілген тізбекті жинаңдар.

1-сурет

• • • Келесі параметрлер мәндерін енгізіңдер:

Генератор кернеуі (әсерлік мәні ) – 100 В, жиілігі 100 Гц;

Конденсатордың жұмыс кернеуі – 400 В, сыйымылығы 10 мкФ;

Резистор үшін жұмыс қуаты -500 Вт, кедергі 100 Ом.

• • • Конденсатор сыйымдылығын 5 мкФ-тан 50 мкФ-қа дейін өзгерте отырып (әрбір 5 мкФ-қа ), вольтметрлер көрсеткішін (конденсатордағы және резистордағы кернеулерді ) 1 -кестеге жазыңдар

1-кесте

4. Конденсатордың сыйымдылығының шамасына байланысты тізбектегі токтардың әсерлік мәнін есептеңдер (ол үшін резистордағы кернеуді оның кедергісіне бөлу керек).

5. Конденсатор кедергісінің мәндерін оның сыйымдылығына сәйкес анықтаңыз және оларды (3) формуламен есептелген мәндермен салыстырыңдар.

6. Конденсатор сыйымдылығын 10 мкФ-қа қойыңдар. Генератор жиілігін 20-дан 100 Гц-ке дейін әрбір 10 Гц-ке өзгерте отырып, айнымалы ток жиілігіне тәуелді сыйымдылық кедергісін есептеңдер және өлшеуді қайталаңдар. Барлық мәліметтерді 2-кестеге жазыңдар.

2-кесте

Рис 2

• • • 2-суреттегі тізбекті жинаңдар.
    • Келесі параметр мәнін орнатыңдар :

Генератор кернеуінің (әсерлік мәні ) – 100 В,жиілігі 100 Гц;

Катушка индуктивтігі -50 мГн;

Резистордың жұмыс қуаты- 500 Вт, кедергісі 100 Ом.

• • • Катушка индуктивтілігін 50-ден 500 мГн -ға дейін өзгерте отырып (әрбір 50 мГн-ге ), вольтметрлер көрсеткішін 3- кестеге жазыңдар (катушкадағы және резистордағы кернеу)

3- кесте

7. Катушка индуктивтілігінің шамасына байланысты тізбектегі токтардың әсерлік мәнін есептеңдер (ол үшін резистордағы кернеуді оның кедергісіне бөлу керек).

8. Катушка кедергісінің мәндерін оның индуктивтілігіне сәйкес анықтаңыз және оларды (1) формуламен есептелген мәндермен салыстырыңдар.

9. Катушка индуктитілігін 100 мГн-қа қойыңдар. Генератор жиілігін 20-дан 100 Гц-ке дейін әрбір 10 Гц-ке өзгерте отырып, айнымалы ток жиілігіне тәуелді индуктивті кедергісін есептеңдер және өлшеуді қайталаңдар. Барлық мәліметтерді 4-кестеге жазыңдар.

4-кесте

• • • 2 және 4 кестедегі мәліметтерді қолдана отырып, индуктивті және сыйымдылықты кедергілердің айнымалы ток жиілігіне тәуелділіктерін құрыңдар

Келесі сұрақтарға жауап беру арқылы зертханалық жұмысқа қорытынды жазыңдар:

1. Айнымалы ток жиілігі артқан сайын сыйымдылық кедергісі неге төмендейді, ал индуктивті кедергі артады?

2. Катушка мен конденсатор үшін ток пен кернеудің фазалық айырмашылықтары қандай?

3. Сыйымдылық және индуктивтілік кедергілері қандай бірлікпен е өлшенеді?

4. Реактивті элементтер - конденсатор мен катушка индуктивтілігі үшін ток пен кернеудің максималды (әсерлі ) мәндері үшін Ом заңының аналогы қалай жазылады?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________