Лабораторная работа "Получение и изучение переменного тока"
Теоретический материал. Получение переменного тока рассматривают на примере работы генератора (рис. 68), который состоит из статора 1 (электромагнита) и ротора 2 (постоянного магнита). При вращении ротора в соответствии с явлением электромагнитной индукции в обмотке статора возникает электрический ток, у которого ЭДС и сила тока периодически меняются по модулю и направлению. Такой ток называют переменным. Электрический ток, сила которого периодически меняется по модулю и направлению, называется переменным током. График переменного тока (на экране осциллографа) будет представлять собой синусоиду (рис. 69).
Рис. 68
Рис. 69
Числовые значения, которые принимает переменный ток или какая-либо другая переменная величина (ЭДС, напряжение) в отдельные моменты времени, называются их мгновенными значениями. Наибольшее из мгновенных значений любой переменной электрической величины называется амплитудным или максимальным значением (рис. 70).
Рис. 70
Промежуток времени, в течение которого переменная величина проходит все свои мгновенные значения и в дальнейшем начинает их повторять, называется периодом (см. рис. 70). Величина, обратная периоду ν = 1/Т, называется частотой. Стандарт частоты переменного тока в нашей стране равен 50 Гц. Как и постоянный, переменный ток обладает тепловыми и магнитными свойствами. Однако их химические свойства резко отличаются. С помощью переменного тока нельзя заряжать аккумуляторы. Сила переменного тока в отличие от постоянного зависит не только (I = U/R) от напряжения и сопротивления, но и от индуктивности приборов, включенных в цепь. Если присоединить к источнику постоянного тока через амперметр катушку с большим числом витков (рис. 71) и вставить в катушку железный сердечник, то показания амперметра не изменятся. Если эту же цепь подключить к источнику переменного тока, то введение в катушку железного сердечника вызывает резкое уменьшение силы тока.
Рис. 71
Цель работы: смоделировать генератор переменного тока и изучить некоторые его свойства. Приборы и материалы: адаптер, мультиметр M890G, магнит дугообразный, контурные катушки из комплекта для сборки детекторного радиоприемника, провода соединительные, штатив, железное калориметрическое тело. Указания к работе: 1. Подвесьте к кольцу штатива дугообразный магнит (рис. 72). Между полюсами магнита (снизу) разместите катушку СВ, зажимы которой присоедините к милливольтметру мультиметра, установленного на режим «200 мВ» постоянного тока.
Рис. 72
2. Закрутите нить, на которой висит магнит, а затем отпустите. Во время вращения магнита наблюдайте за изменением индукционного тока и направления, которое отмечается появлением и исчезновением знака «−» на дисплее прибора. 3. Повторите опыт с катушкой ДВ. Отметьте увеличение индукционного тока и причину этого увеличения. 4. Переключатель рода работ мультиметра установите в положение «20 кГц» и присоедините мультиметр к выводам переменного тока адаптера. При включенном в сеть адаптере зафиксируйте показания прибора в кГц, т. е. частоту промышленного переменного тока. 5. Соберите электрическую цепь по схеме на рисунке 73 и подключите ее к выводам постоянного тока адаптера. Зафиксируйте показания амперметра постоянного тока. Вставьте вовнутрь катушки железное калориметрическое тело и по показаниям прибора отметьте неизменность тока. Эту же цепь, но с амперметром для переменного тока, подключите к выводам переменного тока адаптера. Зафиксируйте показания амперметра. Затем вставьте в катушку железное калориметрическое тело и отметьте уменьшение силы тока в цепи. Поскольку катушка обладает индуктивностью, а железный сердечник увеличивает эту индуктивность, то в цепи переменного тока сопротивление катушки возрастает.
Рис. 73
6. По результату наблюдений и измерений сделайте выводы об отличительных свойствах переменного тока.
