Перевірка закону Ома для змінного струму з індуктивним опором

блок живлення

мультиметр (2 шт.)

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

котушки індуктивності(на 5,6 та 10 мГн)

з’єднувальні провідники

● мультиметр, який може визначати індуктивність котушки.

● Котушка індуктивності має доволі значний індуктивний опір змінному струму, який зумовлений явищем самоіндукції. Також, котушка, зазвичай, має помітний активний опір;● закон Ома для змінного струму і для кола з індуктивним опором має вигляд:

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:

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

● 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.

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.2. Приєднаємо котушку з номінальною індуктивністю 10 мГн до мультиметра у режимі омметра та визначимо її активний опір (R). Аналогічним чином визначимо активний опір котушки з номінальною індуктивністю 5,6 мГн. Запишемо отримані виміри.3. За допомогою стороннього мультиметра визначаємо точну індуктивність наших котушок (L) та записуємо отримані значення.4. Складаємо електричне коло за схемою:

Використовуємо у якості амперметра та вольтметра мультиметри з набору Амперія.5. Знімаємо один з провідників з клеми джерела живлення — 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.6. Замкнемо коло та записуємо значення сили змінного струму у колі та напруги на контактах котушки, виміряні мультиметрами.7. Поступово збільшуємо напругу на джерелі живлення до 3 В, з кроком 0,5 В, не змінюючи частоту змінного струму. Записуємо покази мультиметрів.8. 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. Також записуємо напругу на контактах котушки.9. Поступово збільшуємо частоту струму зі 100 до 1000 Гц, з кроком 100 Гц, записуємо покази мультиметрів.10. Розраховуємо теоретичну силу струму у колі з індуктивним опором із закону Ома для змінного струму:

де R — активний опір котушки, який ми визначили під час виконання 2 кроку, L — індуктивність котушки, отримана на кроці 3, V — частота струму для кожного із вимірів. 11. Спершу вираховуємо силу струму для випадку, коли частота струму є сталою (V = 100 Гц), а змінюється його напруга (U). Розрахунки проведемо для значень напруги джерела живлення 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 та 3,0 В. 12. Далі вираховуємо силу струму для другого випадку, коли напруга є сталою, а змінюється частота струму. У цьому випадку під час розрахунків використаємо виміри нашого вольтметра, який вимірює напругу на виводах котушки. 13. Замінюємо у колі котушку з індуктивністю 10 мГн на котушку з індуктивністю 5,6 мГн. Повторюємо кроки 5—9 з новою котушкою. Уважно записуємо показники мультиметрів.14. Розрахуємо теоретичну силу струму для кола з котушкою на 5,6 мГн. Для цього повторимо кроки 10—12, використавши відповідні виміри для цієї котушки.15. На основі отриманих практичних та вирахуваних теоретичних даних будуємо графіки залежності сили змінного струму від прикладеної напруги (за умови сталої частоти 100 Гц) у колі з котушками індуктивності на 10 та 5,6 мГн:

Звертаємо увагу, що експериментальні графіки з високою точністю співпадають з теоретичними, отриманими з закону Ома для змінного струму з індуктивним опором. Різниця знаходиться в межах похибки вимірювальних приладів та блока живлення.16. Також, на основі отриманих експериментальних та вирахуваних теоретичних даних будуємо графіки залежності сили змінного струму від його частоти, за умови сталої напруги, рівної 1 В, у колі з котушками індуктивності на 10 та 5,6 мГн:

Бачимо, що експериментальні та теоретичні криві практично повністю співпадають, різниця знаходиться в межах похибки вимірювальних приладів та блока живлення.

Під час виконання досліду ми вивчили залежність сили змінного струму у колах з котушками індуктивності на 10 та 5,6 мГн від частоти струму та його напруги, а також перевірили закон Ома для змінного струму з індуктивним опором.