Перейти до змісту

Зсув фаз

Програми: Sek II

Відкрити повну версію ↗

Мета

Побачити зсув фаз між струмом і напругою в конденсаторі.

Установка

Джерело: синусоїда, амплітуда 5 В, 100 Гц. Послідовно з’єднані конденсатор 10 мкФ і шунт 10 Ом; напруга на шунті пропорційна силі струму. Осцилограф: КАН 1 — джерело (2 В/под), КАН 2 — шунт (0,1 В/под), режим DUAL, 2 мс/под.

Хід роботи

  1. Порівняйте положення максимумів двох синусоїд.
  2. Виміряйте зсув у часі й переведіть його в градуси: \(360^\circ \cdot \Delta t / T\).
  3. У меню на екрані осцилографа виберіть режим X-Y.
Очікуваний результат

Період — 10 мс, тобто 5 поділок. Струм (КАН 2) випереджає напругу майже на чверть періоду — приблизно на 2,4 мс, майже на 90°: крім ємності, у колі є шунт і внутрішній опір джерела. Амплітуда на шунті — близько 0,31 В. У режимі X-Y виходить еліпс, осі якого майже збігаються з лініями сітки.

Запитання

  1. Чому струм у конденсаторі випереджає напругу?
  2. Який вигляд матиме фігура в режимі X-Y, якщо конденсатор замінити резистором?
  3. Як зміниться зсув фаз, якщо замість конденсатора взяти котушку індуктивності?
Відповіді
  1. Сила струму — це швидкість, з якою заряд надходить на обкладки, а напруга пропорційна заряду, \(U = Q / C\). Тому струм найбільший, коли напруга змінюється найшвидше, тобто під час проходження через нуль, і дорівнює нулю, коли напруга максимальна й на мить перестає змінюватися; отже, струм досягає максимуму на чверть періоду раніше: на 2,5 мс за частоти 100 Гц. В установці це 2,4 мс, бо послідовно з \(X_C\) ≈ 159 Ом увімкнено шунт 10 Ом і внутрішній опір джерела 0,5 Ом.
  2. У резисторі струм і напруга збігаються за фазою, тому еліпс стягується в пряму лінію, що проходить через центр і йде вгору праворуч. Її нахил залежить від опору і від масштабів каналів.
  3. Струм відставав би від напруги: максимуми КАН 2 з’являлися б після максимумів КАН 1 трохи менш ніж на чверть періоду, майже на 90°. У котушці ЕРС самоіндукції протидіє зміні струму, тому струм досягає максимуму лише після того, як напруга пройшла свій максимум; опір обмотки, шунт і внутрішній опір роблять кут меншим за 90°.