Опір конденсатора і котушки змінному струму

Програми: Sek II

Відкрити повну версію ↗

Мета

Дослідити, як реактивний опір конденсатора і котушки індуктивності залежить від частоти.

Установка

Джерело змінної напруги: синусоїдальний сигнал, амплітуда 5 В (діюче значення 3,54 В), 50 Гц. Дві вітки з амперметрами в режимі AC: нижня — конденсатор 10 мкФ, верхня — котушка індуктивності 1 Гн з обмоткою 10 Ом.

Хід роботи

1. Запишіть силу струму в обох вітках.
2. Установіть на джерелі 100, 200 і 500 Гц і запишіть силу струму на кожній частоті.
3. Обчисліть реактивні опори \(X = U / I\) для діючого значення напруги 3,54 В.
4. Побудуйте графіки \(X(f)\) для конденсатора і котушки.

Очікуваний результат

На частоті 50 Гц струми майже рівні: у конденсаторі — близько 11,1 мА (\(X_C\) ≈ 318 Ом), у котушці — близько 11,2 мА (\(X_L\) ≈ 314 Ом). Зі зростанням частоти струм конденсатора збільшується пропорційно до \(f\), на 500 Гц — приблизно до 111 мА; струм котушки зменшується, на 500 Гц — приблизно до 1,1 мА.

Запитання

1. Чому конденсатор не пропускає постійний струм, але пропускає змінний?
2. На якій частоті реактивні опори конденсатора і котушки з цього досліду рівні?

Відповіді

1. Обкладки розділені діелектриком, і жоден заряд крізь нього не проходить. За постійного струму конденсатор заряджається один раз, і струм припиняється; за змінного він по черзі заряджається і розряджається кожного півперіоду, тому в проводах до обкладок і від них струм тече безперервно, і що вища частота, то він більший: \(X_C = 1 / (2\pi f C)\).
2. Реактивні опори \(X_C = 1 / (2\pi f C)\) і \(X_L = 2\pi f L\) рівні на частоті \(f_0 = 1 / (2\pi\sqrt{LC})\) ≈ 50,3 Гц для 1 Гн і 10 мкФ. Тому на 50 Гц обидва струми майже рівні: 318 Ом проти 314 Ом.