Физика. Лабораторные работы для специальности 2 курса 25.02.03 (ТЭП) базовой подготовки

РАБОЧАЯ   ТЕТРАДЬ	Ульяновский авиационный колледж
	Математический и общий естественнонаучный цикл
	ЕН. 01 ФИЗИКА Лабораторные работы   для специальности базовой подготовки 25.02.03 Техническая эксплуатация электрифицированных и пилотажно-навигационных комплексов   Ульяновск 2015

РЕКОМЕНДОВАНО на заседании ЦМК математических и общих естественнонаучных дисциплин Протокол № 1 от «29» августа 2015 г. Председатель ЦМК:           _________________ И.В. Яковлева	СОГЛАСОВАНО    Зам. директора по учебной работе _______________ Г.В. Знаенко     «____»__________    20 __ г.
РАЗРАБОТЧИК: Т.П. Жаворонкова

СОДЕРЖАНИЕ

ВЫПИСКА ИЗ ИНСТРУКЦИИ № 56 ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ             ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ…………………………………………………4

ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………………………………………5

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ:

1        Определение  электрической  емкости  конденсатора………………………….6

2        Измерение зависимости электростатического напряжения в плоском конденсаторе от расстояния между пластинами………………………………………...9

3        Сборка и настройка простейшего радиоприёмника……………………………12

4        Проверка закона Кирхгофа  для цепи с последовательно включенными резисторами  и с параллельно включенными резисторами. ……………………….14

5        Изучение устройства и работы трансформатора………………………………18

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………22

ВЫПИСКА ИЗ ИНСТРУКЦИИ № 56 ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ

1       ТРЕБОВАНИЯ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕД НАЧАЛОМ РАБОТЫ

1.1  Внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы, а также безопасные приемы ее выполнения

1.2  Подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы.
Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.

1.3  Проверить исправность оборудования, приборов, целостность лабораторной посуды и приборов из стекла.

2       ТРЕБОВАНИЯ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

            При выполнении лабораторной работы точно выполнять все указания преподавателя, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.

            Соблюдать осторожность при обращении с приборами из стекла и лабораторной посуды, не бросать, не ронять и не ударять их.

            При сборке электрической схемы использовать провода с наконечниками, без видимых повреждений изоляции, избегать пересечения проводов, источник тока подключать в последнюю очередь.   

            Собранную электрическую схему включать под напряжение только после проверки ее преподавателем или лаборантом.

            Не прикасаться к находящимся под напряжением элементам электрической цепи, к зажимам конденсатора, не производить переключений в цепях до отключения источника тока.         

            Наличие напряжения в электрической цепи проверять только приборами.

            Не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.

            Не оставлять без надзора не выключенные электрические приборы и устройства.

3       ТРЕБОВАНИЯ ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПО ОКОНЧАНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ.

3.1 По окончании работы отключить электрические приборы и устройства от источника питания.

3.2 Привести в порядок рабочее место, сдать преподавателю приборы, оборудование, материалы.

С правилами техники безопасности ознакомился:

Студент ______________________________________________________

«_______»__________________200___год.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель настоящего пособия - оказать помощь учащимся в подготовке и выполнении лабораторных работ, а также облегчить работу преподавателя по организации и проведению лабораторных занятий.

Пособие содержит описание всех предусмотренных программой лабораторных работ.

Для более эффективного выполнения лабораторных работ необходимо повторить соответствующий теоретический материал, а на занятиях, прежде всего, внимательно ознакомиться с содержанием работы и оборудованием.

В ходе работы необходимо строго соблюдать правила по технике безопасности: все измерения производить с максимальной тщательностью, для вычисления использовать микрокалькулятор.       

После окончания работы, каждый студент составляет отчет по следующей схеме:

запись цены деления шкалы измерительного прибора, заполнение таблицы результатов измерений, расчетная формула, обработка результатов измерений и определение относительной погрешности.

В конце урока преподаватель ставит зачет, который складывается из результатов наблюдения за выполнением практической части работы, проверки отчета, ответа на контрольные вопросы, беседы в ходе работы или после нее.

Все лабораторные работы, должны быть выполнены и защищены в сроки, определяемые программой или календарным планом преподавателя. Учащиеся, не получившие зачет, к экзамену не допускаются.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

Производят измерение искомой величины х несколько раз и среднее арифметическое результатов этих измерений принимают за истинное значение измеренной величины:

 .

Находят абсолютные погрешности каждого измерения:   

 .

Определяют среднее арифметическое этих погрешностей:

и принимают его за абсолютную погрешность измерения.

Находят относительную погрешность  w :

.

Вывод: .  Относительная погрешность w = … %.

Примечание: абсолютная погрешность содержит только одну значащую цифру. Относительная погрешность содержит одну или две значащие цифры и не может  быть больше 15%.

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ЕМКОСТИ  КОНДЕНСАТОРА

Теория. Важнейшей характеристикой любого конденсатора яв­ляется его электрическая емкость С — физическая величина, равная отношению заряда Q конденсатора к разности потенциалов U меж­ду его обкладками: C=Q/U. Выражается в СИ в фарадах (Ф). Емкость конденсатора можно определить опытным путем.

Оборудование. 1. Источник электрической энергии б В. 2. Мил­лиамперметр. 3. Конденсаторы (3—4 шт.) известной емкости (1—6 мкФ). 4. Конденсатор неизвестной емкости. 5. Двухполюсный переключатель. 6. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1.    Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1.

2.    В цепи установить один из конденсаторов известной ем­кости.

Рис.1

3.        Конденсатор зарядить; для этого соединить его (переключа­телем) на короткое время с источником электрической энергии.

4.        Сосредоточив внимание на миллиам­перметре, быстро замкнуть конденсатор на измерительный прибор и определить число делений, соответствующее максимальному отключению стрелки.

5.        Опыт повторить для более точного определения^ числа делений n* и найти отно­шение найденного количества делений к емкости взятого конден­сатора С:

6.        Опыт повторить 2—3 раза с другими конденсаторами из­вестной емкости.

7.        Результаты измерений, вычислений записать в табл. 1.

 Таблица 1

Номер опыта	Емкость конденсатора С, мкФ	Число делений по шкале миллиамперметра n	Отношение числа делений к емкости	Найденная емкость конденсатора  , мкФ	Относительная погрешность

8.    Опыт  повторить с конденсатором неизвестной ем­кости с_х. Определить в этом случае число делений n_х и найти ем­кость из соотношения C_x = n_x/k.

9.    Узнать у преподавателя емкость исследуемого конденсато­ра и, приняв ее за табличное значение, определить относительную

погрешность.

Дополнительное задание.

1. Собрать электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 2, включив в нее два параллельно соединенных конденсатора известной емкости.

                             Рис.2                                                                   Рис.3

2. Повторить опыт  и найти емкость батареи параллель­но соединенных конденсаторов С_пар.

3. Проверить соотношение C_пар=С₁+С₂ и сделать вывод.

4. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 3, включив в нее два последовательно соединенных конден­сатора известной емкости.

5. Повторить опыт и найти емкость батареи последова­тельно соединенных конденсаторов С_пос.

6. Проверить соотношение   и сделать вывод.

Контрольные вопросы.

1.                Конденсатор в переводе — сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?

2.                В чем сущность указанного метода определения емкости кон­денсатора?

3.                Объяснить, можно ли соотношение C=Q/U прочесть так: ем­кость конденсатора прямо про­порциональна его наряду и об­ратно пропорциональна на­пряжению между его обклад­ками?

4.                Почему емкость конден­сатора постоянна?

5.                От чего и  как зависит емкость простейшего конденса­тора? Запишите формулу этой емкости.

6.                Определить заряд бата­реи конденсаторов, соединенных так, как показано на рис. 4. Ем­кость каждого конденсатора (в мкФ) указана па рисунке.

                                                             Рис.4

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выполнил_________________ Проверил_____________________Дата______________

Лабораторная работа № 2

Измерение зависимости электростатического напряжения в плоском конденсаторе от расстояния между пластинами

1. Цель работы: Проверить экспериментально пропорциональность зависимости между напряжением и расстоянием между пластинами конденсатора.

2. Оборудование:

 Прибор для измерения электрического поля (230 В, 50 Гц)

 Плоский конденсатор ,Источник питания постоянного тока, 0-20 В, 0 А.

 Универсальный аналоговый измерительный прибор АМ50

  Набор соединительных проводов

3. Теоретические сведения:

Заряженные пластины плоского конденсатора испытывают действия силы притяжения друг к другу. Поэтому, для того чтобы увеличить расстояние между пластинами конденсатора, который был заряжен и отключен от внешних устройств, необходимо выполнить механическую работу.

Дополнительная энергия, которую требуется подвести к конденсатору, таким образом, может быть измерена как увеличение напряжения между пластинами, при условии, что в ходе измерения между пластинами не протекает электрический ток.

Более точное описание этого соотношения получается при рассмотрении однородного электрического поля Е между пластинами конденсатора, которые имеют заряды q₁ и –q₂. Напряженность электрического поля равна:

          (1)

                E= 1     S: площадь каждой из пластин,

:    электрическая постоянная

Если никакой ток не может протекать при изменении расстояния между пластинами d, заряд q ,а следовательно и напряженность электрического поля Е, остаются неизменными.

При малых расстояниях, при которых электрическое поле можно считать однородным, напряжение U в конденсаторе и напряженность электрического поля Е связаны равенством:

                           (2)

d: расстояние между пластинами.

Таким образом, напряжение U пропорционально расстояние между пластинами d. В данном опыте эта взаимосвязь проверяется с помощью прибора для измерения электрического поля, который используется в качестве электростатического вольтметра. Такой способ гарантирует, что ток не может протекать через вольтметр между пластинами конденсатора и заряда q на пластинах остается неизменным.

4. Порядок выполнения работы:

4.1. Составить электрическую цепь по схеме. Прибор можно подключать только в сетевую розетку с заземлением.

4.2. После проверки преподавателем, цепь замкнуть и измерить напряжение электростатического поля при разных расстояниях d между пластинами конденсатора.

4.3. Вычислить напряженность  электростатического поля в каждом опыте.

4.4. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

4.5. Определить абсолютную и относительную погрешность измерений.

4.6. Нарисовать график зависимости напряжения от расстояния между пластинами и сделать вывод.

№ опыта	Напряжение U , B	Расстояние Между пластинами d , м	Напряженность Эл. поля Е ,	Eср			Относительная Погрешность
1
2
3
4
5
6
7

5. Контрольные вопросы.

5.1.        Конденсатор в переводе―сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?

5.2.        Объяснить, можно ли соотношение  прочесть так: емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна напряжению между его обкладками

5.3.        Почему емкость конденсатора постоянна?

5.4.        От чего и как зависит емкость простейшего конденсатора? Запишите формулу этой емкости.

5.5.        Площадь пластины слюдяного конденсатора ,  толщина слоя диэлектрика равна 0,14 см. Вычислить емкость , заряд и энергию конденсатора, если разность потенциалов на его пластинах составляет  В. Диэлектрическая проницаемость слюды равна 7

5.6.        Между пластинами заряженного плоского конденсатора ввели диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ℰ, так что он полностью заполнил объем между половинами пластин. Во сколько раз изменилась емкость конденсатора, заряд на пластинах и напряжение между ними?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________   

Вывод__________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выполнил_________________  Проверил_______________________  Дата_________________

Лабораторная работа № 3

Сборка и настройка простейшего радиоприёмника

Теория. Радиоприёмником называют устройство, позволяющее принимать высокочастотные модулированные колебания. Сущность радиоприема заключается в следующем.

Радиоволны, излучаемые передающими радиостанциями, инду­цируют в антенне приемника высокочастотные токи, которые по­ступают в колебательный контур. Колебательный контур выделяет колебания лишь той радиостанции, частота которой совпадает с частотой колебаний приемного колебательного контура. При этом наступает электрический резонанс — сопротивление контура умень­шается, а принятый электрический сигнал усиливается. Настройка в резонанс достигается обычно изменением емкости приемного ко­лебательного контура конденсатором переменной емкости. Модули­рованные колебания, принятые колебательным контуром приемни­ка с помощью детектора, преобразуются в пульсирующий ток одно­го направления, амплитуды которого изменяется со звуковой час­тотой.

Если к головным наушникам (телефону) или динамику парал­лельно присоединить блокировочный конденсатор, то пульсирующий ток высокой частоты пойдет через конденсатор, а ток низкой (зву­ковой) частоты — через катушку телефона; его мембрана придет в колебательное движение со звуковой частотой передающей станции.

Простейший из радиоприемников не требует для работы элек­трической энергии: он работает только за счет энергии принятого сигнала, поэтому позволяет принять и прослушать ближайшие мощные радиостанции определенного диапазона частот.

Вариант I. Детекторный приемник.

Оборудование. 1. Катушка контурная. 2. Конденсатор перемен­ной емкости. 3. Диод полупроводниковый Д2. 4. Телефон голов­ной Т. 5. Конденсатор постоянной емкости с 1000 пФ. 6. Провода и

планки соединительные. 7. Провода для ан­тенны А и заземления З. 8. Монтажная дос­ка, контакты для телефона, винты, шайбы.

Порядок выполнения работы.

10.               Пользуясь принципиальной схемой, изображенной на рис. 1, собрать радиоприемник и показать преподавателю.

                                                                     Рис.1

11.     Медленно вращая ручку конденсатора переменной емкости, настроить колебательный контур в резонанс с частотой принимаемой радиостанции и послушать ее передачу.

12.     Продемонстрировать работу приемника преподавателю.

13.     Разобрать приемник.

Вариант II. Детекторный приемник с усилителем низкой частоты на транзисторе.

Оборудование. 1. Катушка контурная. 2. Конденсатор перемен­ной емкости. 3. Диод Д2. 4. Транзистор П13. 5. Источник электрической энергии. 6. Головной телефон Т. 7. Конденсатор электроли­тический С_эл = 15,0  10 В. 8. Конденсатор постоянной емкости С на 5 мкФ. 9. Резисторы на 5,1 и 100 кОм. 10. Провода для антенны А и заземления 3. 11. Провода и планки соединительные, ключ, кон­такты для телефонов (2 шт.), доска монтажная, винты и шайбы.

Порядок выполнения работы.

1.     Пользуясь принципиальной схе­мой, изображенной на рис. 2,

 собрать радиоприемник и показать преподава­телю.

Рис.2

2.        Замкнуть цепь. Плавно вращая ручку конденсатора переменной емко­сти, настроить приемник на частоту

принимаемой радиостанции и послушать ее передачу.

3.        Продемонстрировать работу приемника преподавателю.

4.        Отключить источник тока.

5.        Разобрать приемник.

Контрольные вопросы.

1.    Каково назначение антенны и заземления?    

2.    Какова роль детектора?

3.    Какова физическая сущность электрического резонанса?

4.    Объясните принцип действия собранного вами приемника.

5.    Каково соотношение между длиной, частотой и скоростью распространения радиоволны?

6.    Что вам известно о развитии радиосвязи?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выполнил_________________  Проверил______________________ Дата____________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Проверка закона Кирхгофа  для цепи с последовательно включенными               резисторами  и с параллельно включенными резисторами.

1.   Цель работы: Проверить экспериментально закон Кирхгофа для последовательного и параллельного соединения проводников.

2. Оборудование: Резистор (7шт), источник питания постоянного тока, универсальный аналоговый измерительный прибор АМ50, соединительные провода.

3. Теоретические сведения:

В 1945 году Густав Роберт Кирхгоф сформулировал законы, описывающие взаимосвязь между напряжением и силой тока в электрических цепях, которые имеют несколько ветвей. 1-й закон Кирхгофа (закон токов или правило узлов) гласит, что в каждой точке разветвления электрической цепи сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из узла. Его 2-й закон (закон напряжений или правило контуров)  гласит, что в любом контуре любой замкнутой цепи сумма напряжений во всех ветвях равна общему напряжению источника в этом контуре. Для таких контуров определяется направление обхода, и напряжения, которые вызывают протекание этих токов, считаются положительными, а если токи текут в противоположном направлении , они считаются отрицательными, как и напряжения, вызывающие протекание этих токов. Эти правила можно применить, например, к электрическим цепям с последовательно или параллельно включенными резисторами.

4.Порядок выполнения работы:

Последовательное соединение

Рис.1

4.1 Составить электрическую цепь по схеме рис.1

   4.2 После проверки преподавателем, цепь замкнуть и измерить напряжение на зажимах источника и на каждом резисторе.

   4.3 Изменить силу тока в разных участках цепи. Сравнить ее с силой тока, вычисленной по закону Ома для участка цепи.

   4.4 Вычислить сопротивление резисторов по закону Ома для участка цепи.

   4.5 Проверить справедливость формулы.

4.1  Результат измерений и вычислений занести в таблицу.

Параллельное соединение

Рис.2

4.7 Составить электрическую цепь по схеме рис.2

4.8 После проверки преподавателем, цепь замкнуть с помощью реостата установить силу тока 1 – 1,5 А

4.9 Переключить амперметр из магистрали в ту или иную ветвь и измерить силу тока в каждом резисторе. Вычислить сопротивление резисторов по закону Ома для участка цепи.

4.10 Измерить напряжение на резисторах и на зажимах источника. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

4.11 Проверить справедливость формулы.

№ опыта	Сопротивление, Ом			Напряжение , B	Сила тока, А
1
2

№ опыта	Сопротивление, Ом			Напряжение, В			Сила тока, А
1
2

5. Контрольные вопросы.

   5.1Студент при измерении напряжения на лампочке включил по ошибке амперметр вместо вольтметра. Что при этом произойдет?
   5.2 Изменится ли показание вольтметра, если в участок, состоящий из нескольких параллельно соединенных резисторов, включить еще один?
   5.3 Что изменилось на данном участке цепи, если включенный последовательно с ним амперметр показал увеличение силы тока?
   5.4 Восемь резисторов соединили по два последовательно в четыре параллельные ветви. Начертите схему соединения.
   5.5 Рассчитайте силу тока при коротком замыкании батареи с ЭДС 9В, если при замыкании её  на внешнее сопротивление 3 Ом ток в цепи равен 2 А.
   5.6 В цепи, состоящей из трех одинаковых проводников, соединенных параллельно и включенных в цепь, за 40с выделилось некоторое количество теплоты. За какое время выделится такое же количество теплоты, если проводники соединить последовательно?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выполнил______________   Проверил_______________                    Дата_______________

Лабораторная работа № 5

Изучение устройства и работы трансформатора

Теория. Трансформаторы- это устройства, работа которых основана на законе электромагнитной индукции Фарадея и которые используются для преобразования напряжений. Одной из основных областей применения трансформаторов является передача электрической энергии на большие расстояния , где потери энергии можно свести к минимуму, преобразовав напряжение до максимально возможных значений и уменьшая тем самым силу тока до минимума

Простейший трансформатор состоит из двух связанных обмоток первичной обмотки с числом витков n₁ и вторичной обмотки с числом витков n₂ которые намотаны на общем металлическом сердечнике. Это означает, что магнитный поток Ф_{1 ,} создаваемый током  I₁ , протекающим в первичной обмотке, полностью охватывает вторичную обмотку.

Далее рассматривается идеальный случай, т.е. трансформатор без потерь. Если нагрузка трансформатора отсутствует, во вторичной обмотке не протекает никакого тока, т.е. I₂ = 0. Если переменное напряжение U₁ подается на первичную обмотку, в ней протекает ток холостого хода или ток короткого замыкания I₁ ,создающий магнитный поток Ф₁ и наводящий напряжение U_инд Согласно 2-ому закону Кирхгофа это наведенное напряжение противоположно по знаку и равно по величине напряжению U₁,

так как (U₁+U_инд = 0):

(1) 

L₁: индуктивность первичной обмотки

Ф₁: магнитный поток, создаваемый током  l₁

Поскольку магнитный поток Ф₁ полностью охватывает вторичную обмотку, на ней наводится напряжение:

(2) 

Тогда из выражений (1) и (2) получаем следующее:

(3)  

Знак  «минус» указывает на то, что U₁ и U₂ сдвинуты друг относительно друга по фазе на 180°, если витки намотаны в одном направлении. Если обмотки намотаны в противоположных направлениях, напряжения будут в фазе.

Если имеется нагрузка трансформатора, во/вторичной обмотке не протекает ток l₂ = U₂/ R.R- сопротивление нагрузки. Этот ток создает магнитный поток Ф₂, который согласно закону Ленца направлен противоположно магнитному потоку Ф₁, создаваемому током первичной обмотки l_1.Поскольку напряжение первичной обмотки U₁ остается постоянным, ток первичной обмотки l₁ возрастает. В идеальном случае мощность на выходе вторичной обмотки Р₂ равна мощности на входе первичной обмотки Р₁:

(4)       Р₁ = = Р₂.

В сочетании с выражением (3) это дает следующий результат:

(5)      

Из выражения  (3) получаем для напряжений

А из выражения (5), соответственно, для токов

I. Трансформация тока. Повышение напряжения.

Оборудование. 1. Трансформатор. 2. Источ­ник электрической энергии на 4 В (выпрямитель В-24М). 3.Универсальный цифровой измерительный прибор Р3340 .4. Ключ. 5. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

14.              Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1.

15.              После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ; прона­блюдать работу электрической цепи и сделать вывод.

                                                Рис.1                                                                   Рис.2

16.              Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1.

17.              После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ, про­наблюдать работу электрической цепи.

18.              Снять показания измерительных приборов и занести их в табл. 1.

19.              Определить коэффициент трансформации и сделать вывод.

                                                                                                                                                      Таблица 1

II. Передача электрической энергии на расстояние.

Оборудование. 1. Трансформаторы на вертикальной панели (2 шт.)'. 2. Источник переменного напряжения на 4 В (В-24М). 3. Лампочка в патроне на 3,5 В. 4. Реостат. 5. Ключ. 6. Соедини­тельные провода.    ¹ ,

Порядок выполнения работы.

1.      Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 3.

2.      Замкнуть ключ и, изменяя положение движка реостата, по­лучить минимальный накал лампы.

3.      Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 4, установив в этой цепи реостат с прежним сопротивлением (положение скользящего его контакта не менять!).

                                    Рис.3                                                                 Рис.4

4. Замкнуть ключ, пронаблюдать работу установки. Сравнить накал лампы с накалом предыдущего опыта и сделать вывод.

Контрольные вопросы.

1.                   Рассказать о назначении, устройстве, принципе действия трансформатора.

2.                   С какой целью магнитопровод набирается из тонких изолиро­ванных пластин электротехнической стали? Каков КПД современ­ных трансформаторов?

3.          С какой целью для передачи электрической энергии использу­ют трансформатор? Ответ обосновать.

4.          Кто является изобретателем трансформаторов? Кем впервые была решена задача передачи электроэнергии без больших потерь?

5.          Каково напряжение в ЛЭП?

6.          Что вы знаете о Единой энергетической системе?

Дополнительное задание

1.      Исследовать зависимость выходного напряжения трансформатора от числа витков во вторичной обмотке.

2.      Составить план деятельности

3.      Сделать анализ результатов эксперимента

4.      Сформулировать вывод  

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выполнил________________ Проверил___________________________ Дата_______________

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ  ЛИТЕРАТУРА

1.      Жаворонкова Т.П. Курс лекций по физике. Часть 1. Учебное пособие по физике для студентов 1 курса всех специальностей / Т.П.Жаворонкова, Е.Б.Зверева. - Ульяновск, УАК, 2013. – 66 с.

2.      Жаворонкова Т.П. Курс лекций по физике. Часть 2. Учебное пособие по физике для студентов 1 курса всех специальностей / Т.П.Жаворонкова, Е.Б.Зверева. - Ульяновск, УАК, 2013. – 80 с.

3.      Жаворонкова Т.П. Курс лекций по физике. Часть 3. Учебное пособие по физике для студентов 1 курса всех специальностей / Т.П.Жаворонкова, Е.Б.Зверева. - Ульяновск, УАК, 2013. – 53 с.

4.      Жданов Л.С. Физика для средних специальных учебных заведений / Л.С.Жданова, Г.Л.Жданов. – М., Наука, 2010. - 512 с.

5.      Касьянов В.А. Физика 10кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений / В.А.Касьянов. – М., 2013.- 432 c.

6.      Касьянов В.А. Физика 11кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений / /В.А.Касьянов.  – М., 2011.- 448 c.

7.      Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 9 – 11 класса средней школы – 17-е изд. / А.П. Рымкевич.– М.: Просвещение, 2013. – 192 с.

8.       Гладкова Р.А. Сборник задач и вопросов по физике для СПО / Р.А.Гладкова, [и др.].-7-е изд.,перераб.-М.:Наука. 2012.-384 с.