Файл: Отчет по лабораторной работе 13 По дисциплине.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Отчет по практике

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.12.2023

Просмотров: 60

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»Кафедра общей и технической физикиОтчет по лабораторной работе №13По 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 годЦель работы: Определение импеданса, сдвига фаз и измерение ёмкости на разных частотах в резистивно-ёмкостной цепи.Краткое теоретическое содержаниеИзучаемое явление - явление импеданса.Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величинПеременный 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


  1. Циклическая частота:

  1. Емкостное сопротивление:

  1. Ёмкость конденсатора:
где f – частота (Гц), R – сопротивление резистора (Ом), Um– амплитудное напряжение (В), URm – амплитудное напряжение на резисторе (В).

  1. Импеданс (полное сопротивление):
где R – сопротивление резистора (Ом), XC – реактивное сопротивление конденсатора (Ом).

  1. Амплитудно-частотная характеристика (действующее значение силы тока в цепи):
где Um – амплитудное напряжение (В), Z – импеданс цепи (Ом).

  1. Теоретический фазовый сдвиг:
где  - циклическая частота (Гц), R – сопротивление цепи (Ом), C – емкость конденсатора (Ф).

  1. 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 измеренийАбсолютная погрешность измерений емкости конденсатора:Абсолютная погрешность измерений фазового сдвигаАбсолютная 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 ГцИсходные данные:R=200 Ом,C=1 мкФОбработка результатовТаблица 1 - Измерение напряжений и емкостей в RC-цепи

f, кГц
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00

Um, В
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00

URm, В
0,50
1,00
1,40
1,70
2,00
2,10
2,60
2,80
3,00
3,10

Cизм, мкФ
1,00
1,03
0,99
0,93
0,92
0,82
0,97
0,98
1,00
0,98

Z, Ом
1604,07
820,52
566,96
445,32
375,93
332,21
302,81
282,10
266,97
255,60
Пример вычисления для опыта 1:Таблица 2 - Измерение фазового сдвига в RC-цепи

f, кГц
0,05
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00

t, с
5,00
2,20
0,70
0,40
0,20
0,10
0,08
0,04
0,03
0,02
0,01

T, с
19,00
10,00
5,00
3,30
2,50
2,00
1,70
1,40
1,20
1,10
1,00

φизм, рад
1,65
1,38
0,88
0,76
0,50
0,31
0,30
0,18
0,16
0,11
0,06

φтеор, рад
1,51
1,45
1,32
1,21
1,11
1,01
0,92
0,85
0,78
0,72
0,67
Пример вычисления для опыта 1:Вычисление косвенных погрешностей:Графический материалРис. 1 - Зависимость импеданса от частоты сигналаРис.2 Зависимость сдвига фаз от частотыРис. 2 - Зависимость силы тока от частоты сигналаКонечные результатыЕмкость конденсатора с учётом абсолютной погрешностиC=0,96±0,13мкФВыводВычисленное 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:

  1. при увеличении частоты импеданс уменьшается;

  2. при увеличении частоты фазовый сдвиг уменьшается

  3. при увеличении частоты сила тока возрастает.

Смотрите также файлы