WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 |

«УТВЕРЖДАЮ Декан ЕНМФ _ Ю.И.Тюрин “_” _ 2008 г. ИЗМЕРЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКОГОДЕКРЕМЕНТА И ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА Методические указания к выполнению лабораторной работы ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Декан ЕНМФ

_ Ю.И.Тюрин

“_” _ 2008 г.

ИЗМЕРЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКОГОДЕКРЕМЕНТА И

ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА

Методические указания к выполнению лабораторной работы Э-20a по курсу «Общая физика» по разделу «Колебания и волны»

для студентов всех специальностей.

Томск 2008 УДК 53.072:681.3. Измерение логарифмического декремента и добротности колебательного контура. Методические указания к выполнению лабораторной работы Э – 20a по курсу “Общая физика” по разделу «Колебания и волны» для студентов всех специальностей.

Составители: доцент, к.ф.-м. н. Сивов Ю.А.

доцент, к.ф.-м.н. Веретельник В.И.

Рецензент: доцент, к.ф.-м.н. Н.С.Кравченко Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим семинаром кафедры теоретической и экспериментальной физики 26.03.2008 г.

Зав. кафедрой проф., д ф.м.н. В.Ф.Пичугин ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Э-20а

ИЗМЕРЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО ДЕКРЕМЕНТА И

ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА

Цель работы: Изучение затухающих электромагнитных колебаний в колебательном контуре. Измерение характеристик затухающих электромагнитных колебаний: логарифмического декремента затухания и добротности Q различных колебательных контуров.

Приборы и принадлежности: генератор импульсного напряжения, колебательный контур, персональный компьютер (осциллограф), набор металлических стержней и сопротивлений.

Краткое теоретическое содержание Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора емкостью C, катушки индуктивности L и активного сопротивления R (рис. 1). При наличии в контуре активного сопротивления свободные электромагнитные колебания в контуре (колебания заряда q на обкладках конденсатора, напряжения U на конденсаторе и силы тока I, протекающего в колебательном контуре), постепенно затухают.

Рис. 1 Такие колебания называются свободными затухающими электромагнитными колебаниями. Дифференциальное уравнение изменения заряда q на обкладках конденсатора в зависимости от времени имеет вид d 2q dq + 2 + 02 q = 0, (1) dt dt R – коэффициент затухания; 0 = где = – циклическая частота свободL LC ных незатухающих колебаний в контуре ( = 0). При 0 решение уравнения (1) имеет вид q = q 0 e t cos(t + ), (2) где = 0 2 – циклическая частота свободных затухающих колебаний. Период T таких колебаний определяется формулой 2.

T= = 1 L C - R 2 4 L Рис. При слабом затухании ( 0 ) период колебаний T0 = равен периоду незатухающих электромагнитных колебаний. При увеличении сопротивления R и, следовательно, коэффициента затухания период электромагнитных колебаний возрастает.

При 2 0 колебания в колебательном контуре не возникают, и разряд конденсатора носит апериодический характер (рис.2).Сопротивление контура, при котором колебательный процесс переходит в апериодический, называется критическим. Значение активного сопротивления, при котором происходит переход колебательного процесса в апериодический, называется критическим. Значение критического сопротивления Rкр, определяется условием 0 = или Разделив обе части уравнения (2) на C и продифференцировав (2) по времени, можно получить, соответственно, зависимости напряжения U на конденсаторе и силы тока I в контуре от времени:

Из (2) –(4), амплитуды затухающих колебаний заряда q конденсатора, напряжения U между обкладками конденсатора и силы тока I в колебательном контуре зависят от времени, то есть свободные затухающие колебания не являются периодическими гармоническими колебаниями.

Логарифмический декремент затухания определяется как логарифм отношения двух последующих максимальных отклонений колеблющейся величины (например, напряжения или тока в колебательном контуре) в одну и ту же сторону при свободных затухающих колебаниях. Согласно (3) амплитуда напряжения на конденсаторе в некоторый момент времени t имеет величину U 0 exp ( t ). Через промежуток времени, равный периоду колебаний T, амплитуда напряжения станет равной U 0 exp[ (t + T )]. В соответствии с определением логарифмического декремента затухания имеем Для характеристики колебательной системы часто пользуются величиной Q, называемой добротностью системы. Добротность колебательного контура при слабом затухании ( 0 ) определяется соотношением где W – запасенная в колебательном контуре в данный момент энергия и W – убыль этой энергия за один период колебаний, то есть с точностью до множителя 2 равна отношению энергии, запасенной в контуре в данный момент, к убыли этой энергии за период колебания.

Поскольку запасенная энергия W = 1 / 2 LI 02 и потери энергии за период колебания W = RI эффТ, а эффективное значение тока I эфф равно I эфф = I 0 2, то где = T ; I 0 – значение силы тока в момент времени t = 0.

В случае слабого затухания ( 0 ) имеем = 0, T = 2 LC и формулу (7) можно представить в виде Циклическая частота затухающих электромагнитных колебаний, используя (5), может быть представлена в виде Принципиальная схема электрической цепи экспериментальной установки представлена на рис.3: генератор импульсного напряжения I, колебательный контур II, компьютерный осциллограф PS SCOPE (III), подключенный к компьютеру.



Возбуждение электромагнитных колебаний в колебательном контуре производится генератором импульсного напряжения. После зарядки конденсатора C до напряжения U 0 конденсатор разряжается через индуктивность L и активное сопротивление R, и в контуре возникают затухающие электромагнитРис. ные колебания. Генератор развертывающего напряжения осциллографа синхронизован с генератором импульсного напряжения и на дисплее компьютера устанавливается устойчивая осциллограмма «цуга» затухающих колебаний напряжения на конденсаторе колебательного контура (рис. 4). Осциллограмму тока в контуре можно было бы наблюдать при подаче на вход осциллографа напряжения с сопротивления R.

1. Включите блоки I, II и III в сеть. Запустите программу для выполнения лабораторной работы двойным щелчком левой кнопки мыши на ярлыке Э-20а, расположенном на экране дисплея компьютера. На компьютерном осциллографе загорится лампочка. Это означает, что организован интерактивный (диалоговый) режим работы системы. При этом на экране дисплея отображается окно программы, позволяющей управлять работой компьютерного осциллографа (рис.5).

2. Настройте осциллограф.

В поле «Trigger» «Source» (см. рис.5) выберите в качестве источника сигнала CH2 (второй канал).

Для подачи напряжения на конденсатор колебательного контура в поле «СH2» компьютерной мышью нажмите последовательно на позиции «ON», «5В», «DC (постоянный ток)».

Вывод осциллограммы на экран осуществляется с помощью кнопок «Run» и «Single». «Run» служит для динамического изображения, «Single» фиксирует осциллограмму в данный момент времени.

Нажмите кнопку «Run».

Нажмите кнопку «Autoset» в поле «СH2» для осуществления автоматической регулировки изображения. Возможна также ручная регулировка позиции изображения по вертикали относительно центральной горизонтальной линии (ось времени) с помощью полосы прокрутки «Position» в поле «СH2».

Для обеспечения временного режима, необходимого для синхронизации работы генератора развертки и компьютерного осциллографа, в поле «Time/Div» выберите позицию 0,2 ms или 0,5 ms, в зависимости от типа сердечника.

Для проведения измерений нажмите кнопку «Single».

3. Получив устойчивую осциллограмму затухающих колебаний для колебательного контура с катушкой без сердечника измерьте пять следующих друг за другом амплитуд напряжения (рис. 5), период и частоту затухающих электромагнитных колебаний.

Для этого на панели меню во вкладке «View» выберите позицию «Markers DSO», чтобы отобразить маркеры. Горизонтальные маркеры служат для измерения амплитуд, вертикальные – для измерения периода и частоты колебаний.

Проведите измерения, перемещая маркеры с помощью компьютерной мыши, удерживая нажатой ее левую кнопку.

Результаты измерений занесите в таблицу.

Обратите внимание: для получения точных результатов измерений необходимо очень тщательно выводить маркеры на соответствующие позиции.

4. Используя полученные результаты, вычислите текущие значения логарифмического декремента затухания = ln U k +1 / U k и найдите среднее значение логарифмического декремента.

5. По формуле (7) вычислите средние значения добротности Q колебательного контура. Результаты занесите в таблицу.

6. Аналогичные измерения логарифмического декремента затухания и добротности контура выполните для различных электрических схем колебательного контура:

а. в катушку индуктивности введен диамагнитный (латунный) сердечник;

б. в катушку индуктивности введен парамагнитный (алюминиевый) сердечник;

в. в катушку индуктивности введен ферромагнитный металлический (стальной) сердечник;

г. в катушку индуктивности введен ферромагнитный металлический сердечник из набора проволок;

д. в катушку индуктивности введен ферритовый сердечник.

6. Результаты измерения логарифмического декремента затухания и добротности контура для перечисленных выше условий занесите в таблицу.

(катушка индуктивности с алюминиевым сердечником) (катушка индуктивности с латунным сердечником) (катушка индуктивности со стальным сердечником) (катушка индуктивности с сердечником из набора нихромовых проволок) (катушка индуктивности с ферритовым сердечником) 7. Учитывая, что емкость конденсатора колебательного контура С = 1 мФ, преобразовав (8), оцените индуктивность колебательных контуров для всех рассмотренных случаев. Результаты расчетов занесите в таблицу.

8. В отчете, учитывая, что индуктивность L катушки индуктивности пропорциональна относительной магнитной проницаемости µ материала сердечника, поясните к какому классу магнетиков относится материал сердечников, использованных при выполнении работы. При этом следует иметь в виду, что магнетики подразделяются на диамагнетики ( µ 1), парамагнетики ( µ 1) и ферроBср магнетики ( µ 1). Здесь µ = - относительная магнитная проницаемость среды, равная отношению магнитной индукции Bср в среде к магнитной индукции B0 в вакууме. Используя приближенную формулу (8) для оценки добротности колебательной системы, объясните, почему значения добротности Q при различном материале сердечника катушки индуктивности отличаются друг от друга.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие колебания называются свободными? В каком случае свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре будут незатухающими?

2. Почему затухающие колебания нельзя рассматривать как периодические колебания?

3. Каков физический смысл логарифмического декремента затухания? добротности колебательного контура?

4. Почему введение в катушку индуктивности ферритового сердечника приводит к изменению периода электромагнитных колебаний в контуре и добротности контура?

5. Как влияет активное сопротивление колебательного контура на его добротность?

6. В чем состоит отличие друг от друга диамагнетиков, парамагнетиков и ферромагнетиков?

1.Ларионов В.В., Веретельник В.И., Тюрин Ю.И., Чернов И.П. Физический практикум. Часть 2. Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Томск.:



Pages:     || 2 |

Похожие работы:

«ПРИОРИТЕТНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ ОБРАЗОВАНИЕ РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ Л.Е. РОССОВСКИЙ, Е.М. ВАРФОЛОМЕЕВ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ И ИХ ПРИЛОЖЕНИЯ К ИССЛЕДОВАНИЮ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Учебное пособие Москва 2008 Инновационная образовательная программа Российского университета дружбы народов Создание комплекса инновационных образовательных программ и формирование инновационной образовательной среды,...»

«Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО “Уральский государственный горный университет” Л. И. Комарова, В. В. Морилов, Б.И. Бортник КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Методические указания для самостоятельной работы студентов очного и заочного обучения экономических специальностей Екатеринбург 2010 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО “Уральский государственный горный университет” ОДОБРЕНО Методической комиссией Института геологии и геофизики УГГУ 200 г. Председатель комиссии...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет им. А.М. Горького ИОНЦ Нанотехнологии и перспективные материалы Физический факультет Кафедра физики конденсированного состояния Рентгеновские и нейтронные методы исследования наноматериалов Методические указания по изучению дисциплины Руководитель ИОНЦ Черепанов В.А. _2007 г. Екатеринбург 2007 Лекционный курс Рентгеновские и нейтронные...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ГОУВПО АмГУ) Рентгеноструктурный анализ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ по направлению подготовки 010600.68 - Прикладные математика и физика Утвержден на заседании кафедры физического материаловедения и лазерных технологий _ _ 201_г., (протокол № от _201 ) Зав. кафедрой Е.С.Астапова 2010 г. 1 Печатается по решению...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановская государственная текстильная академия (ИГТА) Кафедра химии КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 100103 (230500) Иваново 2007 Практические занятия по КСЕ, предлагаемые в данных методических указаниях, построены в виде семинаров и лабораторных работ. Обсуждение истории естествознания, концепций...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тверской государственный университет Педагогический факультет Кафедра педагогики и психологии начального образования МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ТРЕБОВАНИЙ К МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ 050400.68 ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Программа специализированной магистерской подготовки Психология и педагогика общего и...»

«Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана Ю.И.Беззубов, В.П.Карасева ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА. Методические указания к лабораторной работе Э11 по курсу общей физики Под редакцией С.Н.Тараненко Издательство МГТУ, 1993 Рассмотрены основные законы постоянного тока и их применение к электрическим цепям. Дан компенсационный метод измерения ЭДС источника. Для студентов 2-го курса. Цель работы - изучение законов, действующих в электрических цепях постоянного тока;...»

«Методические указания и контрольные задания для уровня подготовки бакалавр со сроком обучения 5 лет по дисциплине физика Правила выполнения и оформления контрольных работ При выполнении контрольных работ надо строго придерживаться указанных правил. Работы, выполненные без соблюдения этих правил, не зачитываются и возвращаются слушателю для переработки. 1. Контрольную работу следует выполнять в тетради, отдельной для каждой работы, чернилами любого цвета, кроме красного, оставляя поля для...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет Кафедра математического анализа и моделирования УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ Основной образовательной программы по специальности 010701.65 – Физика Специализация Физическое материаловедение, Медицинская физика, Информационные технологии в образовании и научной...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет Кафедра Физики УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ Основной образовательной программы по специальности 010701.65 - Физика Благовещенск 2012 2 СОДЕРЖАНИЕ 1. Рабочая программа учебной дисциплины 4 2. Краткое изложение программного материала 11 3 Методические указания...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.