Материал: Руководство по выполнению базовых экспериментов эцпет. 001 Рбэ (902) 2006

Скачать

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

4.2. Реактивное сопротивление конденсатора




4.2.1. Общие сведения



Конденсатор в цепи синусоидального тока оказывает токоограничивающий эффект, который вызван встречным действием напряжения при изменении знака заряда. Этот токоограничивающий эффект принято выражать как емкостное реактивное сопротивление (емкостной реактанс) XC.

Величина емкостного реактанса XC зависит от величины емкости конденсатора, измеряемой в Фарадах, и частоты приложенного напряжения переменного тока. В случае синусоидального напряжения имеем
XC = 1 (C) = 1 (2fC),
где XC - реактивное емкостное сопротивление, Ом,

C - емкость конденсатора, Ф,

= 2f - угловая частота синусоидального напряжения (тока).

Когда известны действующие значения тока в конденсаторе и падения напряжения на нем от этого тока, реактивное емкостное сопротивление можно вычислить по закону Ома:
XC = UCmICm или XC = UCIC.
Емкостному реактансу часто присваивают знак «-» в отличие от индуктивного реактанса, которому приписывают знак «+».

4.2.2. Экспериментальная часть



Задание
Выведите на экран виртуального осциллографа кривые тока и напряжения различных конденсаторов емкостью 0,22 , 0,47 , 1 мкФ. Определите соответствующие реактивные сопротивления по формулам XC = 1 (2fC) и XC= UCIC.
Порядок проведения эксперимента


  • Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.2.1), установите синусоидальное напряжение U = 5 В и f = 1 кГц на выходе регулируемого источника, затем присоедините источник к входным зажимам цепи.

  • Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.

  • «Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.

  • Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного-двух периодов напряжения и тока.



Рис. 4.2.1


  • Снимите с осциллограмм или измерьте виртуальными приборами амплитудные значения напряжений Um и тока Im для емкостей и частот, указанных в табл. 4.2.1, и занесите их в соответствующие ячейки таблицы.


Таблица 4.2.1

f, кГц
1
0,8
0,6
0,4

Um, В
1,0 мкФ












Um, В
0,47 мкФ












Um, В
0,22 мкФ












Im, мА
1,0 мкФ












Im, мА
0,47 мкФ












Im, мА
0,22 мкФ












XC =

UmIm, кОм
1,0 мкФ















0,47 мкФ












0,22 мкФ












XC =

1 (C), кОм
1,0 мкФ












0,47 мкФ












0,22 мкФ


















  • Вычислите величины XC по формулам UmIm и 1 (C) занесите их в табл. 4.2.1. Сравните результаты.




  • Перенесите величины XC на график (рис.4.2.2) для построения кривой XC = f(f).




  • Проверьте расчетным путем величину реактанса XC конденсатора емкостью С = 0,47 мкФ при частоте f = 600 Гц непосредственным измерением виртуальным прибором «Реактивное сопротивление».




Рис. 4.2.2
Вопрос: Как зависит емкостное сопротивление от частоты?
Ответ: ........................

4.3. Последовательное соединение конденсаторов



4.3.1. Общие сведения



Когда несколько конденсаторов соединены последовательно, эквивалентная емкость цепи меньше емкости наименьшего конденсатора. Вычисляется она по формуле:
CЭ = 1 (1 C1 + 1 C2 + 1 C3 +...).
Если последовательно соединено только 2 конденсатора, общая емкость равна
CЭ = C1 C2 (C1 + C2).
Падения напряжения на отдельных конденсаторах обратно пропорциональны соответствующим емкостям и их сумма равна общему напряжению Uc. Ток в любой точке последовательной цепи с конденсаторами один и тот же.

4.3.2. Экспериментальная часть



Задание
Убедитесь путем измерения тока и напряжения, что при последовательном соединении конденсаторов общая емкость цепи меньше емкости наименьшего конденсатора.
Порядок выполнения эксперимента


  • Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.3.1) и подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами U = 5 В и f = 2 кГц.



Рис. 4.3.1

  • Измерьте с помощью мультиметра или виртуальных приборов А1 и V1 действующие значения тока в цепи, приложенного напряжения и напряжения на каждом конденсаторе. Результаты измерений занесите в табл. 4.3.1

Таблица 4.3.1

I, мА
U, В
UC1, В
UC2, В
UC3, В



















  • Рассчитайте емкостные реактансы и емкости.

  • Проверьте эквивалентную емкость цепи расчетом.

Вычисление емкостных реактансов:
XC1 = UC1 IС =
XC2 = UC2 IС =
X
C3 = UC3 IС =
XЭ = U I =

Вычисление угловой частоты:

= 2 f =

Вычисление емкостей:

C1 = 1 ( XC1) =
C2 = 1 ( XC2) =
C3 = 1 ( XC3) =
CЭ = 1 ( XЭ ) =
Проверка эквивалентной емкости цепи расчетом:
1/CЭ = 1 (1 C1 + 1 C2 + 1 C3) =


  • Проверьте эквивалентные реактанс и емкость цепи непосредственными измерениями с помощью виртуальных приборов. Для этого включите блок «Приборы II». В первом приборе выберите функцию «реактивное сопротивление Х» и «подключите» его к V1 и А1. Во втором приборе выберите функцию «Частотомер» и «подключите» его к V1. Третий прибор запрограммируйте на вычисление емкости. Для этого введите аргументы расчетной формулы х7 и х8 (т.е. Х и f) и саму расчетную формулу:


y = -1 / (2*3,14*x8*x7)
Нажмите клавишу «Начать счет» и Вы получите результат вычисления – емкость в фарадах. Переведите ее в микрофарады и запишите результат:
СЭ = … мкФ.


Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/273546

Смотрите также:

Изложение содержания дела, по которому приняты судебные постановления
_-___-~1
_1-тема-СтрМетал
_10_Эмиль Золя для эл версии