Послідовне і паралельне з’єднання котушок індуктивності різного номіналу

Під час виконання досліду ми вивчили залежність сили струму у послідовно та паралельно з’єднаних котушках індуктивності різного номіналу (5,6 та 10 мГн) від напруги та частоти змінного струму.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Power supply unit

джерело струму

Inductor

котушки індуктивності(на 5,6 (або 4,7) та 10 мГн)

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:

Illustration

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. Отже, опір кола з послідовно з’єднаними котушками буде вищим, ніж опір кожної окремої котушки; при паралельному з’єднанні двох котушок індуктивності загальний опір кола розраховується з наступної формули:

Illustration

Отже, опір двох паралельно з’єднаних котушок індуктивності буде суттєво меншим, ніж опір кожної окремої 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 котушки індуктивності сила струму у колі суттєво збільшується.6. Замінюємо у колі котушку з індуктивністю 10 мГн на котушку з індуктивністю 5,6 мГн. Повторюємо кроки 3—5.7. Тепер повторюємо кроки 3—5 з послідовно з’єднаними котушками індуктивності. Звертаємо увагу, що у цьому випадку сила струму у колі є суттєво меншою ніж для кожної котушки окремо.8. Знову помістимо у коло лише одну котушку з індуктивністю 10 мГн. 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.9. 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.10. Замінимо у колі котушку з індуктивністю 10 мГн на котушку з індуктивністю 5,6 мГн. Повторимо крок 9.11. Нарешті повторимо дослід з послідовно з’єднаними котушками індуктивності.12. Складаємо нове електричне коло за схемою:

circuit

13. 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.14. 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 попередніх дослідів з однією котушкою та з послідовно з’єднаними котушками.15. 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.16. 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.17. Використовуючи отримані виміри для кіл з окремими котушками, а також з послідовно й паралельно з’єднаними котушками індуктивності, будуємо графіки залежності сили струму у колі від напруги змінного струму (за сталої частоти 100 Гц):

graph

18. Використовуючи виміри для кіл з окремими котушками, а також з послідовно й паралельно з’єднаними котушками індуктивності, будуємо графіки залежності сили струму у колі від частоти змінного струму (за сталої напруги 1 В):

graph
Illustration

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 кожної котушки (5,6 та 10 мГн) ми переконалися, що при послідовному з’єднанні котушок загальний імпеданс кола дорівнює сумі імпедансів котушок, а при паралельному — є суттєво меншим за імпеданс кожної котушки окремо.