Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-27.
Исследование электрических колебаний .
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: экспериментальное исследование собственных и вынужденных колебаний тока и напряжения на элементах в колебательном контуре; измерение параметров контура: индуктивности L , сопротивления R , добротности Q ; исследование прохождения синусоидального тока через LCR -цепь.
Теоретическая часть.
Рисунок 1.
Уравнение, которому удовлетворяет ток I в колебательном контуре (рис.1) с подключенным к нему генератором синусоидальной ЭДС e = e 0 × cos w t имеет вид: (1)
где:
- коэффициент затухания.
- собственная круговая частота, R - сопротивление резистора, L - индуктивность катушки, С - емкость конденсатора, ; e0 , w - амплитуда и круговая частота синусоидальной ЭДС.
Общее решение неоднородного линейного уравнения (1):
(2)
где: - круговая частота собственных затухающих колебаний тока.
и - начальные амплитуда и фаза собственных колебаний.
I 0 - амплитуда вынужденных колебаний тока.
Dj - разность фаз между ЭДС и током.
(3)
(4)
- импеданс цепи.
- индуктивное сопротивление, - емкостное сопротивление.
Собственные колебания:
Если b2 <w0 2 , то есть R<2×, то w¢ - действительная и собственная частота колебаний представляет собой квазипериодический процесс с круговой частотой w¢, , периодом , и затухающей амплитудой (рис 1).
За характерное время (t - время релаксации) амплитуда тока уменьшается в е раз, то есть эти колебания практически затухают.
- добротность контура.
Если b2 ³w0 2 , то w¢ - мнимая частота, и колебания представляют собой апериодический процесс.
- критическое сопротивление.
Вынужденные колебания: c течением времени первый член в формуле (2) обращается в ноль и остается только второй, описывающий вынужденные колебания тока в контуре.
- амплитуда вынужденных колебаний напряжения на резисторе R.
При совпадении частоты ЭДС с собственной частотой контура (w=w0 ), амплитуды колебаний тока и напряжения UR 0 на резисторе максимальны. Большой селективный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие называется резонансом .
Экспериментальная часть.
Результаты эксперимента:
| № | f , кГц | e ЭФ , мВ | UR ЭФ , мВ | a | b | , × 10-4 | D j , ° |
| 1 | 180 | 200 | 24 | 4,0 | 3,4 | 1,2 | 58 |
| 2 | 190 | 190 | 32 | 5,2 | 4,0 | 1,7 | 51 |
| 3 | 195 | 185 | 38 | 6,0 | 4,3 | 2,0 | 48 |
| 4 | 200 | 180 | 45 | 2,8 | 2,0 | 2,5 | 46 |
| 5 | 205 | 170 | 54 | 3,2 | 2,0 | 3,2 | 38 |
| 6 | 210 | 155 | 63 | 3,8 | 2,0 | 4,1 | 32 |
| 7 | 215 | 142 | 72 | 4,2 | 1,0 | 5,1 | 14 |
| 8 | 218 | 138 | 75 | 4,4 | 0,0 | 5,4 | 0 |
| 9 | 220 | 135 | 76 | 4,3 | 0,5 | 5,6 | 6 |
| 10 | 225 | 140 | 73 | 4,2 | 1,8 | 5,2 | 25 |
| 11 | 230 | 150 | 65 | 3,8 | 2,6 | 4,3 | 43 |
| 12 | 235 | 165 | 56 | 3,5 | 2,6 | 3,4 | 48 |
| 13 | 240 | 175 | 48 | 3,0 | 2,7 | 2,7 | 64 |
| 14 | 250 | 180 | 36 | 2,2 | 2,1 | 2,0 | 76 |
| 15 | 260 | 195 | 28 | 1,8 | 1,7 | 1,4 | 90 |
| 16 | 270 | 200 | 22 | 1,6 |