Файл: Лабораторная работа 11 Измерение параметров электромагнитного контура Методические указания к лабораторной работе.doc

(11.15)

Следовательно, индуктивность можно рассчитать по формуле:

(11.16)

Порядок выполнения работы

При выполнении работы следует строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда, установленные в лаборатории. Выполнять работу нужно предельно аккуратно, не трясти и не толкать установку, поскольку это может исказить результаты. Работа выполняется в строгом соответствии с нижеизложенным порядком выполнения и в объёме, предусмотренном индивидуальным заданием.
Записать в таблицу технические данные прибора:

№ п.п.	Название прибора	Пределы измерений	Число делений	Цена деления	Класс точности	Абсолютная приборная погрешность
1
2

1. Подготовка установки к работе
1.1. Проверить электрическую схему установки в соответствии с рис. 1.

1.2. Включить функциональный генератор и осциллограф в сеть.

1. 
   На функциональном генераторе установить параметры выходного сигнала на катушку возбуждения L в импульсном режиме “ ^_ ”; амплитуду выставить ближе к максимальной; частоту выставить от 200 до 500 Гц.
   
2. 
   Напряжение U с колебательного контура L₁C подаётся на вход осциллографа “CH1” (Канал 1) и может измеряться по амплитуде синусоиды, цена большего деления шкалы устанавливается переключателем “VOLTS / DIV”.
   
3. 
   По осциллограмме необходимо будет определить период колебаний (цена большего деления по оси абсцисс устанавливается переключателем “TIME / DIV”) и две рядом стоящие амплитуды (q_nиq_n+1) напряжения в контуре. Для этого следует настроить осциллограф следующим образом:
   

---

На осциллографе установить переключатели и ручки группы “CH1” в следующие положения:

• 
  переключатель “VOLTS / DIV” (Вольт / деление) в положение “10” (при этом ручка плавной регулировки растяжки луча по оси напряжений, находящаяся на этом переключателе, должна быть повернута по часовой стрелке до упора);
  
• 
  при помощи ручки “ ” отцентрировать осциллограмму относительно оси абсцисс (это легче сделать при нахождении переключателя в группе “AC GND DC” напротив “GND” с помощью появившегося вместо затухающей синусоиды луча; после отцентровки вернуть этот переключатель обратно в положение “AC”);
  
• 
  переключатель “MODE” (Режим работы) установить в положение "CH1";
  
• 
  все имеющиеся кнопочки на передней панели осциллографа, кроме кнопки “сеть”, должны быть в отжатом положении.
  

Э
ти и другие переключатели на осциллографе сверить с рисунком 3.
Рис. 3. Установочные параметры осциллографа и наблюдаемая картина затухающих колебаний на его экране.
1.3. Расстояние между катушками L и L₁ должно быть как можно больше ( 10  15 см), чтобы уменьшить вероятность резонанса.

Процедура измерения периода сигнала заключаются в определении количества больших делений, которые укладываются по горизонтали в периодическую часть сигнала, с точностью до одной десятой большого деления. При этом цена большого деления по горизонтали (оси времени) соответствует положению переключателя “TIME / DIV”.

Например, если переключатель “TIME / DIV” установлен в положение “.1 мс”, а измеренное количество больших делений, укладывающихся в периодическую часть сигнала, равно 0,7, то период колебаний T_экс = 0,1  0,7 = 0,07 мс.

2. Исследование основных параметров колебательного контура и обработка результатов

2.1. В контур подсоединить соосно с катушкой возбуждения L катушку №1 в соответствии с таблицей 2 в Приложении.

2.2. Добиться неподвижной картинки на экране осциллографа.

2.3. По экрану осциллографа и положению ручек переключения периода развертки определить период колебаний Т_экс.и величины двух последующих амплитуд затухающих колебаний (q_nиq_n

---

₊₁), как обозначено на рисунке 2.

2.4. Пункты 1.1 – 1.3 повторить для других катушек индуктивности. Если на экране наблюдается одновременно N периодов, то следует замерить их общую длительность Т_эксп, а искомую величину периода найти делением: Т_эксп/N. Результаты измерений занести в таблицу 1:

Таблица 1.

Измерение основных параметров LC-контура

№ катушки	С	qn	qn+1	Тэксп	Трасч	L1 эксп	L1 расч	ln(qn/qn+1)		Q
	мкФ	мм	мм	с	с	мГн	мГн		c-1
1
…
7

2.5. Рассчитать: период колебаний Т_расч по формуле (11.7), индуктивности L_1 эксп, и L_1 расч соответственно по формулам (11.16) и (11.14), логарифмический декремент затухания ln(q_n/q_n+1), по формулам (11.8) и (11.9) соответственно коэффициент затухания и добротность Q.

2.6. Построить графики зависимостей (тип графиков точечный с добавлением к точкам кривой по методу наименьших квадратов; для удобства при сравнении совместить на один график расчетные и экспериментальные кривые):

---

L₁= f(N) для катушек №№ 3,6,7, где N – количество витков в катушках;

L₁/N²= f(l) для катушек №№ 1,4,5, где l – длина катушек;

L₁= f(r) для катушек №№ 1,2,3, где r – радиус катушек;

Т = f(L₁) для всех катушек.

2.7 На основании формулы (2) рассчитать сопротивление контуров (практически оно равно сопротивлению используемой катушки):

, (11.17)

где коэффициент затухания  находится по результатам экспериментов и с использованием формулы (11.8).

Записать полученные значения сопротивлений для каждой катушки и сравнить с их номинальными значениями, указанными на катушках.

2.8. Определить погрешности косвенных измерений.

Контрольные вопросы

1. 
   Что такое индуктивность и емкость? Какую роль они играют в электромагнитном колебательном контуре? Расскажите о превращениях энергии в контуре.
   
2. 
   Какую роль в колебательном контуре играет активное сопротивление?
   
3. 
   От чего и как зависит индуктивность соленоида?
   
4. 
   Каков физический смысл коэффициента затухания  и добротности Q?
   
5. 
   Какие параметры контура задают величины  и Q?
   
6. 
   За какое время амплитуда колебаний уменьшится в “е” раз (возьмите любой коэффициент затухания по выбору).
   

ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЁТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А4 в соответствии с указанными ниже требованиями.

Помимо стандартного титульного листа в содержании отчёта должны быть раскрыты пункты, перечисленные ниже.

1. Цель работы.

2. Краткое теоретическое содержание.

1) Явление, изучаемое в работе.

2) Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин.

3) Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчётные формулы.

4) Пояснения к физическим величинам и их единицы измерений.

3. Схема установки.

4. Расчётные формулы.

5. Формулы для расчёта погрешностей косвенных измерений.

6. Таблицы с результатами измерений и вычислений. (Таблицы должны иметь номер и название. Единицы измерения физических величин должны быть указаны в отдельной строке таблицы под строкой с обозначениями физических величин.)

---

7. Пример вычисления (для одного опыта).

1) Исходные данные.

2) Вычисления.

3) Окончательный результат.

8. Графический материал.

1) Записать аналитическое выражение функциональной зависимости, которая представлена на графике.

2) На осях координат указать масштаб, физические величины и единицы измерения.

3) На координатной плоскости должны быть нанесены экспериментальные точки.

4) По результатам эксперимента, представленным на координатной плоскости, провести плавную линию, аппроксимирующую функциональную теоретическую зависимость в соответствии с методом наименьших квадратов.

9. Анализ полученного результата. Выводы.

ПРАВИЛА ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКОВ

1. Графики строятся с использованием компьютера.

2. Перед построением графика необходимо четко определить, какая переменная величина является аргументом, а какая функцией. Значения аргумента откладываются на оси абсцисс (ось х), значения функции - на оси ординат (ось у).

3. Из экспериментальных данных определить пределы изменения аргумента и функции.

4. Указать физические величины, откладываемые на координатных осях, и обозначить единицы величин.

5. На осях координат указать масштаб (при очень больших или очень малых величинах, показательную часть в записи величины указать рядом с единицами измерений на оси).

6. Нанести на график экспериментальные точки, обозначив их (крестиком, кружочком, жирной точкой).

7. Провести через экспериментальные точки плавную линию, в соответствии с выбранной аппроксимирующей (приближающей) функцией, описывающей зависимость между величинами, полученными в результате экспериментальных измерений. (Определение параметров приближающей функции выполняется одним из наиболее распространённых математических методов - методом наименьших квадратов. В компьютерной программе Еxcel реализация метода осуществляется при использовании режима линии тренда и выбранного вид аппроксимирующей функции.)

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАЩИТЕ ОТЧЕТА

К защите допускаются студенты, подготовившие отчет в соответствии с требованиями к его содержанию в установленные сроки. После проверки преподавателем содержания отчёта, при наличии ошибок и недочетов, работа возвращается студенту на доработку. При правильном выполнении лабораторной работы, соблюдении всех требований к содержанию и оформлению отчёта, студент допускается к защите.

---