Послідовне і паралельне з’єднання котушок індуктивності

Вивчаємо залежність сили струму у послідовно та паралельно з’єднаних котушках індуктивності від напруги та частоти змінного струму.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Power supply unit

джерело струму

Inductor

котушки індуктивності(на 10 мГн) (2 шт.)

wires

з’єднувальні провідники

Multimeter

мультиметри(2 шт.)

Дослід можна провести й з одним мультиметром, але для більшої наочності варто використати два — взявши додатковий мультиметр з іншого набору.

Перевіряємо:

 котушка індуктивності має доволі значний індуктивний опір змінному струму, який зумовлений явищем самоіндукції; закон Ома для змінного струму і для кола з індуктивним опором має вигляд:

formula

де I — сила струму, U — напруга на контактах котушки та Z — імпеданс. Імпеданс реальної котушки складається з індуктивного та активного опору; індуктивний опір котушки залежить від її індуктивності та частоти струму:

Illustration

де ω — циклічна частота, L — індуктивність, V — частота струму. А активний опір (R) — ні. Повний імпеданс котушки можна знайти з формули:

Illustration

 таким чином, зі збільшенням напруги змінного струму на котушці, за постійної його частоти, сила струму у колі збільшується, а при збільшенні частоти для тієї самої напруги — навпаки, зменшується; при послідовному з’єднанні двох котушок індуктивності їхні імпеданси додаються:

Illustration

де Z — загальний імпеданс кола; при паралельному з’єднанні двох котушок індуктивності загальний опір кола розраховується з наступної формули:

Illustration

однак, для рівних індуктивностей, він дорівнює половині імпедансу однієї котушки.

Хід досліду:

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.
2. Складаємо електричне коло за схемою:

circuit

3. Знімаємо один з провідників з клеми джерела живлення, тим самим тимчасово розриваємо коло. Увімкнемо блок живлення та встановимо на ньому змінний струм з вихідною напругою 0,5 В та частотою 100 Гц. Також увімкнемо мультиметри та переведемо їх у режим вимірювання змінного струму.4. Замкнемо коло та звертаємо увагу на виміри мультиметрів: записуємо значення сили змінного струму у колі та напруги на контактах послідовно з’єднаних котушок.5. Поступово збільшуємо напругу на джерелі живлення до 3 В не змінюючи частоту змінного струму. Звертаємо увагу на виміри мультиметрів. Також звертаємо увагу, що зі збільшенням напруги на контактах котушок індуктивності сила струму у колі збільшується. Порівнюємо отримані значення з результатами досліду з однією котушкою (дослід "Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на котушці індуктивності").6. Зменшимо на джерелі живлення вихідну напругу до 1 В. Фіксуємо значення сили струму у колі за цієї напруги та за частоти змінного струму 100 Гц.7. Поступово збільшуємо частоту струму зі 100 до 1000 Гц, звертаємо увагу на покази мультиметрів. Також звертаємо увагу, що зі збільшенням частоти струму, за сталих значень напруги, сила струму у колі суттєво зменшується. Також порівнюємо отримані значення з результатами досліду з однією котушкою (дослід "Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на котушці індуктивності").8. Складаємо нове електричне коло за схемою:

circuit

9. Встановлюємо на блоці живлення змінний струм з вихідною напругою 0,5 В та частотою 100 Гц. Замкнемо коло. Звертаємо увагу на виміри мультиметрів: фіксуємо значення сили змінного струму у колі та напруги на контактах паралельно з’єднаних котушок.10. Поступово збільшуємо напругу на джерелі живлення до 3 В не змінюючи частоту змінного струму. Звертаємо увагу на виміри мультиметрів. Також звертаємо увагу, що зі збільшенням напруги на контактах котушок індуктивності сила струму у колі суттєво збільшується. Порівнюємо отримані значення з результатами досліду з однією котушкою (дослід "Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на котушці індуктивності") та з даними отриманими для послідовно з’єднаних котушок.11. Зменшимо на джерелі живлення вихідну напругу до 1 В. Фіксуємо значення сили струму у колі за цієї напруги та за частоти змінного струму 100 Гц.12. Поступово збільшуємо частоту струму зі 100 до 1000 Гц, звертаємо увагу на покази мультиметрів. Також звертаємо увагу, що зі збільшенням частоти струму, за сталих значень напруги, сила струму у колі зменшується. Також порівнюємо отримані дані з іншими дослідами.13. Використовуючи виміри для кола з послідовно та паралельно з’єднаними котушками індуктивності, а також за вимірами для однієї котушки індуктивності (дослід "Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на котушці індуктивності"), будуємо графіки залежності сили струму у колі від напруги змінного струму (за сталої частоти 100 Гц):

graph

14. Використовуючи виміри для кола з послідовно та паралельно з’єднаними котушками індуктивності, а також вимірами для однієї котушки індуктивності (дослід "Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на котушці індуктивності"), будуємо графіки залежності сили струму у колі від частоти змінного струму (за сталої напруги 1 В):

graph

Висновок:

Під час виконання досліду ми вивчили залежність сили струму у послідовно та паралельно з’єднаних котушках індуктивності від напруги та частоти змінного струму. Порівнявши отримані результати з даними для однієї котушки (дослід "Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на котушці індуктивності") ми переконалися, що при послідовному з’єднанні котушок загальний імпеданс кола дорівнює сумі імпедансів котушок, а при паралельному — половині імпедансу однієї котушки.