Перевірка закону послідовного з’єднання для котушок індуктивності

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 індуктивностіна 5,6 та 10 мГн

з’єднувальні провідники

● 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;● при послідовному з’єднанні двох котушок індуктивності їхні імпеданси додаються згідно з законом послідовних з’єднань:

де Z — загальний імпеданс кола, Z1 — імпеданс першої котушки, Z2 — імпеданс другої котушки;● отже, опір кола з послідовно з’єднаними котушками буде вищим, ніж опір кожної окремої котушки.

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

3. 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.4. Замкнемо коло та записуємо значення сили змінного струму у колі та напруги на контактах котушок, виміряні мультиметрами.5. Поступово збільшуємо напругу на джерелі живлення до 3 В, з кроком 0,5 В, не змінюючи частоту змінного струму. Записуємо покази мультиметрів.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, з кроком 100 Гц, записуємо покази мультиметрів.8. Розраховуємо теоретичну силу струму у колі з послідовно з’єднаними індуктивними опорами, використовуючи закон Ома для змінного струму та закон послідовного з’єднання:

Для цього використаємо розраховані в досліді "Перевірка закону Ома для змінного струму з індуктивним опором" імпеданси котушок на 10 та 5,6 мГн. 9. 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, 1,5, 2, 2,5 та 3 В. 10. 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 послідовно з’єднаних котушок.11. На основі експериментальних та вирахуваних теоретичних даних будуємо графіки залежності сили змінного струму від прикладеної напруги (за умови сталої частоти 100 Гц) у колі з послідовно з’єднаними котушками індуктивності на 10 та 5,6 мГн:

Звертаємо увагу, що експериментальний графік з високою точністю співпадає з теоретичним, отриманими із закону Ома для змінного струму з індуктивним опором та закону послідовного з’єднання. Різниця знаходиться в межах похибки вимірювальних приладів та блока живлення.12. Також, на основі отриманих експериментальних та вирахуваних теоретичних даних будуємо графіки залежності сили змінного струму від його частоти (для напруги 1 В) у колі з послідовно з’єднаними котушками індуктивності на 10 та 5,6 мГн:

Бачимо, що і тут експериментальний графік з високою точністю співпадає з теоретичним.

Під час виконання досліду ми перевірили закон послідовного з’єднання індуктивностей у колі з котушками індуктивності 10 мГн та 5,6 мГн, та показали, що він виконується для різних значень прикладеної напруги та частоти змінного струму. Також ми ще раз перевірили закон Ома для змінного струму.