Цепи переменного тока - файл n1.doc

Цепи переменного тока
скачать (183.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc184kb.03.12.2012 21:00скачать

n1.doc

Цепи переменного тока. Физические основы импедансометрии.

Цель: Необходимо снять частотные зависимости полных сопротивлений цепей с различными элементами, по этим зависимостям рассчитать омическое сопротивление, емкость конденсатора, индуктивность катушки и параметры эквивалентной схемы биологического объекта; изучить законы прохождения переменного тока через электрические цепи и ознакомиться с основами импедансометрии биологических объектов.

БАЗОВЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ.

Переменный ток- ток, который периодически изменяет свою величину и направление.

Ток, величина которого изменяется во времени по закону синуса или косинуса, называется синусоидальным током.

Переменный ток ,изменяющийся по любому другому периодическому закону, называется током сложной формы.

Омическое сопротивление поглощает энергию источника тока (энергия источника тратиться на нагревание проводника), поэтому омическое сопротивление называется активным сопротивлением.

Мгновенное значение силы синусоидального тока – это сила тока в данный момент времени.



где: ) – мгновенное значение силы тока,

- амплитудное значение силы тока,

- круговая, или циклическая частота,

- фаза переменного тока.

Максимальным, или амплитудным значением силы переменного тока называется самое большое значение силы переменного тока, которого он достигает в процессе своего изменения.

Периодом переменного тока называется время одного полного изменения тока.

Линейная частота переменного тока – число полных изменений переменного тока за одну секунду.

Переменный ток, протекающий по виткам катушки, образует вокруг них переменное магнитное поле. Магнитное поле, пронизывая витки катушки, создает переменный поток магнитной индукции и вызывает в них индукционный ток. Возникающая в катушке ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока в цепи:



Совокупность векторов, изображающих токи и напряжение в некоторой цепи, называется векторной диаграммой цепи.

Периодом переменного тока называется время одного полного изменения тока.

Круговой, или циклической частотой называется число полных изменений переменного тока за секунд.

Фазой называется величина, которая показывает, какая часть периода пройдена переменным током от начального момента(от момента начала наблюдения за этим током).

Эффективным(действующим) значением силы переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя через сопротивление, выделяет за то же время одинаковое количество тепла с данным переменным током.

Величина играет роль сопротивления в цепях переменного тока, содержащих катушку индуктивности. Эту величину называют индуктивным сопротивлением:



В цепи с конденсатором есть величина – ёмкость конденсатора(эта величина показывает, какой заряд необходимо сообщить пластинам конденсатора, чтобы изменить разность потенциалов на единицу) – определяющаяся соотношением:

, где:

Q – заряд на пластинах конденсатора,

U – разность потенциалов между пластинами.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Задание 1. Исследование цепи с омическим сопротивлением.

Для исследования цепи с омическим сопротивлением проделали следующее:

1. Установили частоту 200 Гц и величину напряжения . Измерили напряжение на сопротивлении R.

2.Повторили измерения для частот от 0,2 до 10 кГц.

3.Рассчитали величину сопротивления R по формуле: .



4. Результаты измерений и расчетов занесли в таблицу.

f, кГц

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

8,0

10,0

, В

1

1

1

1

1

1

1

, В

1

1

1

1

1

1

1

R, Ом

2000

2000

2000

2000

2000

2000

2000



График зависимости омического сопротивления R от частоты.



Вывод: На изменение омического сопротивления изменение частоты не влияет.

Задание 2. Исследование цепи с конденсатором.

Для исследования цепи с конденсатором проделали следующее:

1.Установили частоту 200 Гц и величину напряжения  Измерили напряжение  на конденсаторе C.

2.Повторили измерения для частот 0,5;1;2;5;8;10 кГц.

3.Рассчитали величину емкостного сопротивления конденсатора С по формуле



4.Рассчитали емкость конденсатора на всех частотах по формуле



f, кГц

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

8,0

10,0

, В

1

1

1

1

1

1

1

, В

2

0,82

0,4

0,18

0,056

0,054

0,05



4000

1640

800

360

112

108

100

С, мкФ

199

194

199

221

284

184

159

; .

График зависимости полного сопротивления ёмкостного сопротивления от частоты



Вывод: Напряжение и ёмкостное сопротивление уменьшается с увеличением частоты.

Задание 3. Исследование цепи с катушкой индуктивности

Для исследования цепи с катушкой индуктивности проделали следующее:

1. Установили частоту 200 Гц и величину напряжения . Измерили напряжение на катушке индуктивности

2.Повторили измерения для частот 0,5;1;2;5;8;10 кГц.

3.Рассчитали величину полного сопротивления катушки индуктивности по формуле



4.Рассчитали коэффициент самоиндукции катушки индуктивности по формуле



5.Рассчитали среднее значение коэффициента самоиндукции катушки индуктивности.

f, кГц

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

10,0

, В

1

1

1

1

1

1

, В

0,042

0,08

0,1

0,05

0,64

1



84

160

200

100

1280

2000

L, Гн

0,047

0,047

0,00159

0,00159

0,028143

0,028143

;

График зависимости полного сопротивления катушки индуктивности от частоты



Вывод: С увеличением частоты полное сопротивление и напряжение увеличивалось.

Задание 4.Исследование цепи с последовательным соединением R, L и C.

Для исследования цепи с последовательным соединением r,L и С выполнили следующее:

  1. Установили частоту 200 Гц и  Измерили напряжение на исследуемой цепи.

  2. Повторили измерения, изменяя частоту от 200 Гц до 3000 Гц через каждые 200 Гц.

  3. Рассчитали величину полного сопротивления исследуемой цепи по формуле



4.Рассчитайте резонансную частоту по формуле



f, кГц

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3

, В

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

, В

2,1

0,92

0,46

0,18

0,048

0,16

0,31

0,43

0,53

0,68

0,76

0,82

0,9

1

1,15

Z, Ом

4200

1840

920

360

96

320

620

860

1060

1360

1520

1640

1800

2000

2300

м;

График зависимости полного сопротивления исследуемой цепи от частоты



Вывод: С увеличением частоты полное сопротивление и напряжение сначала уменьшается до некоторого предела, затем возрастает.

Задание 5. Исследование эквивалентной схемы биологического объекта (ЭСБО)

Для исследования эквивалентной схемы биологического объекта проделали следующее:

  1. Установили частоту 20 Гц и  Измерили напряжение  на эквивалентной схеме.

  2. Повторили измерения для частот от 20-10000 Гц.

  3. Рассчитали величину сопротивления эквивалентной схемы по формуле



f, Гц

20

50

100

200

400

600

800

1000

2000

10000

, В

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

, В

0,46

0,52

0,52

0,5

0,5

0,46

0,44

0,4

0,3

0,48

Z, Ом

920

1040

1040

1000

1000

920

880

800

600

960



График зависимости полного сопротивления эквивалентной схемы от частоты.



Вывод: В лабораторной работе сняли частотные зависимости полных сопротивлений цепей с различными элементами, по этим зависимостям рассчитали омическое сопротивление, ёмкость конденсатора, индуктивность катушки и параметры эквивалентной схемы биологического объекта. В результате проделанной работы пришли к выводу, что омическое сопротивление не зависит от частоты, а индуктивное сопротивление с ростом частоты увеличивается. С увеличением частоты полное сопротивление и напряжение сначала уменьшается до некоторого предела, затем возрастает.

Импедансометрия широко применяется в медицине для диагностики ряда заболеваний. Достоинство этого метода в том, что с его помощью можно иследовать живой объект, не нарушая его структуры и функций. Он(метод) позволяет регистрировать изменения физико – химической структуры живых тканей при различных внешних воздействиях.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации