ЭКСПЕРИМЕНТ 18 Катушки индуктивности и переменный ток
Цели
После проведения данного эксперимента Вы сможете объяснить эффект индуктивности в схеме переменного тока и рассчитать значения индуктивности и реактивного сопротивления по результатам измерении.
Необходимые принадлежности
* Осциллограф
* Цифровой мультиметр
* Катушка индуктивности 100 мГн
* Генератор функций / сигнал-генератор
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Когда катушка индуктивности включается в цепь переменного тока, непрерывные изменения напряжения приводят к изменениям тока, которые в свою очередь генерируют то возрастающее, то убывающее магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует встречное напряжение в катушке индуктивности, и оно противодействует изменениям тока. В результате имеет место непрерывное противодействие протеканию тока. Это противодействие называется индуктивным сопротивлением (XL).
формула индуктивного сопротивления
Индуктивное сопротивление катушки или дросселя зависит от частоты приложенного переменного напряжения (f) и значения индуктивности (L) в генри. Для вычисления индуктивного сопротивления, выражаемого в омах, служит простая формула:
Индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте и индуктивности. Если известно индуктивное сопротивление, путем преобразования основной формулы может быть найдена или частота, или индуктивность, как показано ниже:
формула полного сопротивления
Вспомните, что чистых индуктивностей нет, поскольку катушки индуктивности сделаны с использованием проволоки, которая имеет сопротивление. Полное сопротивление, оказываемое катушкой индуктивности переменному току, представляет собой, следовательно, комбинацию индуктивного сопротивления и обычного (активного) сопротивления. Это комбинированное противодействие известно как полное сопротивление (или импеданс). Полное сопротивление может быть вычислено при помощи формулы:
Вспомните, что индуктивность приводит к запаздыванию тока относительно напряжения. По
этой причине напряжения на катушке индуктивности и на резисторе сдвинуты по фазе на 90 градусов друг относительно друга. Это как раз и не позволяет нам просто сложить вместе индуктивное сопротивление и активное, сопротивление, чтобы получить величину импеданса.
Если известно полное сопротивление, а индуктивное сопротивление или активное сопротивление неизвестно, предыдущая формула может быть преобразована для их нахождения следующим образом:
Если известно полное сопротивление индуктивной схемы, Вы можете рассчитать ток в схеме, если Вы знаете приложенное напряжение. Это осуществляется применением закона Ома:
I=V/Z
Естественно, эта формула также может быть преобразована для вычисления двух других переменных, если это потребуется:
z=v/I V=IZ
Краткое содержание
В данном эксперименте Вы познакомитесь с эффектом индуктивности в схеме переменного тока.
ПРОЦЕДУРА
1. Измерьте сопротивление обмотки катушки индуктивности при помощи мультиметра.
Сопротивление постоянному току =____ Ом
2. Присоедините катушку индуктивности 100 мГн к сигнал-генератору, формирующему напряжение размаха 4 Vpp с частотой 400 Гц.
3. Теперь измерьте фактическое значение тока первичной обмотки. Вспомните, что амперметр должен включаться последовательно со схемой для выполнения измерения. Подключите мультиметр для измерения переменного тока. Убедитесь, что генератор продолжает формировать 4 Vpp.
Is= _____ МА
4. Используя информацию, которую Вы собрали
в предыдущих шагах, и формулы, приведенные в вводной части, рассчитайте полное сопротивление схемы.
Z = _____ Ом
5. Используя информацию, которую Вы собрали в предыдущих шагах, и формулы, приведенные в вводной части, рассчитайте индуктивность (L) катушки. L = _____ мГн
ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ
1. При увеличении частоты переменного тока, пропускаемого через катушку индуктивности, индуктивное сопротивление:
а) возрастает,
б) уменьшается,
в) остается без изменения.
2. При уменьшении величины индуктивности в схеме индуктивное сопротивление:
а) возрастает,
б) уменьшается,
в) остается без изменения.
3. При уменьшении сопротивления катушки индуктивности ее полное сопротивление:
а) возрастает,
б) уменьшается,
в) остается без изменения.
4. Единицей измерения для величины индуктивного сопротивления является:
а) генри,
б) фарада,
в) ватт,
г) ом.
5. Катушка индуктивности имеет (активное) сопротивление 120 Ом. Когда к катушке прикладывается переменное напряжение 24 В с частотой 60Гц, протекает ток 111 мА. Значение индуктивности составляет приблизительно:
а) 0, 12Гн,
б) 0, 35 Гн,
в) 0, 48 Гн,
г) 1, 2 Гн.