3. Измерение индуктивности катушки в цепи переменного тока

Оборудование: катушка дроссельная, батарея конденсаторная, набор конденсаторов, источник электропитания для практикума ИЭПП-1, комплект электроизмерительных приборов «Учебный-2», соединительные проводники.

Задание. Возбуждая вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи из катушки и батареи конденсаторов, исследуйте явление электрического резонанса. Используя явление резонанса, определите индуктивность катушки.

Указание. При подключении последовательно соединенных конденсатора и катушки к источнику переменного напряжения в электрической цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания. С частотой колебаний приложенного напряжения происходят процессы зарядки и разрядки конденсатора и превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки. При гармонических колебаниях приложенного напряжения амплитуда вынужденных колебаний силы тока в электрической цепи пропорциональна амплитуде колебаний приложенного напряжения и зависит от индуктивности катушки, электроемкости С конденсатора и частоты колебаний напряжения:

При выполнении условия т. е. при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений, амплитуда колебаний силы тока в цепи достигает максимального значения, т. е. наблюдается явление электрического резонанса.

Для наблюдения электрического резонанса при постоянном значении амплитуды колебаний напряжения можно исследовать зависимость амплитуды колебаний силы тока от электроемкости С конденсатора или индуктивности катушки в цепи.

Возможный вариант выполнения работы

1. Соедините последовательно в электрическую цепь дроссельную катушку, батарею конденсаторов и миллиамперметр переменного тока. При включении катушки в электрическую цепь используйте ее выводы от 2400 витков.

2. Подайте переменное напряжение 6 В с частотой 50 Гц и исследуйте зависимость силы тока в цепи от электроемкости включенных в цепь конденсаторов.

3. Постройте график зависимости амплитуды колебаний силы тока от электроемкости конденсаторов. Определите значение электроемкости конденсаторов, при котором наблюдается электрический резонанс.

4. По найденному значению электроемкости С конденсаторов, при котором амплитуда колебаний силы тока в цепи достигает максимального значения, и известному значению частоты колебаний напряжения в цепи определите индуктивность L катушки.

Дополнительное задание

Включите катушку в цепь выводами от 1200 витков. Повторите измерения и найдите значение индуктивности катушки. Сделайте вывод о зависимости индуктивности катушки от числа витков.

Контрольные вопросы

1. Почему зависимость амплитуды вынужденных колебаний силы тока в электрической цепи из конденсатора и катушки от значения электроемкости конденсатора имеет резонансный характер?

2. В каких приборах и каким образом используется настройка электрического контура в резонанс с вынужденными колебаниями переменного напряжения?

3. Чем определяется значение амплитуды колебаний силы тока в контуре при наступлении резонанса?