Послідовний коливальний контур

Досліджуємо послідовний коливальний контур, який складається із послідовно з’єднаних котушки індуктивності та конденсатора. Також ми досліджуємо амплітудно-частотну характеристику цього контуру.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Power supply unit

джерело струму

Multimeter

мультиметр

Inductor

котушка індуктивності(на 10 мГн)

Electrolytic capacitor

конденсатор(на 10 мкФ)

wires

з’єднувальні провідники

Додаткове обладнання:

комп’ютер або лептоплокальна Wi-Fi мережа

Перевіряємо:

 за постійної прикладеної напруги сила струму в конденсаторі зростає при зростанні частоти змінного струму, а в котушці індуктивності навпаки зменшується. Причиною цього є те, що імпеданс конденсатора, його опір змінному струму, зменшується зі зростання частоти, а імпеданс котушки — навпаки, зростає; існує частота змінного струму, де імпеданси котушки та конденсатора є рівними. Така частота називається резонансною; якщо конденсатор та котушка з’єднані послідовно, за резонансної частоти струму їхній опір буде мінімальним, а якщо паралельно — максимальним; з’єднані послідовно або паралельно конденсатор та котушка індуктивності називаються коливальним контуром;на резонансній частоті у послідовному коливальному контурі сила струму досягає максимальних значень. При цьому напруги на конденсаторі та на котушці є однаковими й можуть бути помітно більшими за напругу джерела змінного струму.

Хід досліду:

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.2. З’єднуємо провідниками блок живлення та конденсатор.3. Вмикаємо блок живлення, перемикаємо його у режим змінного струму. Приєднуємо комп’ютер до його web-інтерфейсу (детальніше про приєднання блока живлення до комп’ютера див. інструкцію та дослід "Підключення блока живлення та мультиметра до мережі та комп’ютера"), переходимо на вкладку дослідження амплітудно-частотної характеристики досліджуваного приладу (у цьому випадку конденсатора). Встановимо на джерелі живлення вихідну напругу 3 В та дослідний діапазон від 100 до 800 Гц.4. Запускаємо автоматизований експеримент за допомогою web-інтерфейсу. При цьому буде побудовано графік залежності сили струму у конденсаторі від частоти струму за постійної прикладеної напруги. Цей графік і називають амплітудно-частотною характеристикою. 5. Звертаємо увагу, що графік є прямою лінією — сила струму в конденсаторі зростає лінійно зі зростанням частоти змінного струму:

graph

6. Проведемо аналогічне дослідження з котушкою індуктивності. Звертаємо увагу, що сила струму в котушці зменшується зі зростанням частоти змінного струму. 7. Дослідимо обидва графіки. Звертаємо увагу, що при певній частоті сила струму в котушці та в конденсаторі стає однаковою. Ця частота вважається резонансною для кола з цією котушкою та цим конденсатором:

graph

8. Тепер з’єднаємо послідовно блок живлення, котушку індуктивності та конденсатор і таким чином складемо електричне коло з послідовним коливальним контуром.9. Проведемо дослідження залежності сили струму у нашому контурі від частоти вихідного змінного струму. Звертаємо увагу, що сила струму досягає свого максимуму при значеннях частоти близько 500 Гц, що приблизно дорівнює резонансній частоті системи "котушка та конденсатор" визначеній нами раніше. При інших значеннях частоти змінного струму його сила у колі має суттєво нижчі значення:

graph

10. Ще раз повторимо дослід, але на цей раз приєднаємо до конденсатора, паралельно до нього, мультиметр у режимі вимірювання напруги змінного струму. Звертаємо увагу, що при резонансній частоті струму напруга на конденсаторі, як і на котушці, досягає свого максимуму у близько 4,5 В та перевищує напругу джерела змінного струму.

Illustration

Висновок:

Під час виконання досліду ми познайомились із послідовним коливальним контуром, який складається із послідовно з’єднаних котушки індуктивності та конденсатора. Також ми дослідили амплітудно-частотну характеристику цього контуру і з’ясували, що за резонансної частоти, коли імпеданси котушки та конденсатора є рівними, сила струму у контурі досягає максимальних значень.