Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на котушці індуктивності

Вивчаємо залежність сили струму у котушці індуктивності від напруги та частоти змінного струму. Виявляємо, що за умови сталої частоти струму його сила лінійно зростає зі збільшенням напруги, а за умови сталої напруги — сила струму нелінійно зменшується зі збільшенням його частоти.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Power supply unit

джерело струму

Inductor

котушка індуктивності(на 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:

low

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:

formula

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

formula

 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.

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 котушки.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 збільшується.6. На основі отриманих даних будуємо графік залежності сили змінного струму від прикладеної напруги (за умови сталої частоти 100 Гц) у колі з котушкою індуктивності, який має лінійний вигляд:

graph

7. 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.8. 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.9. На основі отриманих даних будуємо графік залежності сили змінного струму від його частоти (за умови сталої напруги 1 В) у колі з котушкою індуктивності, який має виражений нелінійний вигляд:

graph

Висновок:

Під час виконання досліду ми вивчили залежність сили струму у котушці індуктивності від напруги та частоти змінного струму. Так ми виявили, що за умови сталої частоти струму його сила лінійно зростає зі збільшенням напруги, а за умови сталої напруги — сила струму нелінійно зменшується зі збільшенням його частоти.