Měření kapacity kondenzátoru a indukčnosti cívky. Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance pomocí TG nebo SC

Podobné dokumenty
3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

Srovnání charakteristik tónového generátoru a zvukové karty PC

3.4 Ověření Thomsonova vztahu sériový obvod RLC

Měření magnetické indukce elektromagnetu

Měření permitivity a permeability vakua

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Název: Měření paralelního rezonančního LC obvodu

Laboratorní cvičení č.11

Mˇeˇren ı vlastn ı indukˇcnosti Ondˇrej ˇ Sika

Fyzikální praktikum...

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Obvod střídavého proudu s kapacitou

C p. R d dielektrické ztráty R sk odpor závislý na frekvenci C p kapacita mezi přívody a závity

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Fázorové diagramy pro ideální rezistor, skutečná cívka, ideální cívka, skutečný kondenzátor, ideální kondenzátor.

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Měření zrychlení volného pádu

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Měření součinitele smykového tření dynamickou metodou

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření vlastní a vzájemné indukčnosti, část 3-1-3

LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

pracovní list studenta Střídavý proud Fázové posunutí napětí a proudu na cívce Pavel Böhm

Fyzikální praktikum II

Rezonance v obvodu RLC

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Magnetické pole cívky, transformátor vzorová úloha (SŠ)

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV. Černoleská 1997, Benešov. Elektrická měření. Tematický okruh. Měření elektrických veličin.

Poř. č. Příjmení a jméno Třída Skupina Školní rok 2 BARTEK Tomáš S /10

Fyzikální praktikum...

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Příloha č.: 1 ze dne: je nedílnou součástí osvědčení o akreditaci č.: 456/2012 ze dne: List 1 z 6

Návrh frekvenčního filtru

List 1 z 6. Akreditovaný subjekt podle ČSN EN ISO/IEC 17025:2005: FORTE a.s. Metrologická laboratoř Mostkovice 529

Multimetr byl navržen za účelem měření AC/DC napětí, AC/DC proudu, odporu, kapacity, pracovního cyklu, teploty a testování diod.

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

FYZIKA 2. ROČNÍK. Příklady na obvody střídavého proudu. A1. Určete induktanci cívky o indukčnosti 500 mh v obvodu střídavého proudu o frekvenci 50 Hz.

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

Obvod střídavého proudu s indukčností

Studium tranzistorového zesilovače

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Pracovní list žáka (ZŠ)

ITO. Semestrální projekt. Fakulta Informačních Technologií

Měření hodnoty g z periody kmitů kyvadla

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

9 V1 SINE( ) Rser=1.tran 1

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

Pracovní list žáka (SŠ)

- + C 2 A B V 1 V 2 - U cc

2. Stanovte hodnoty aperiodizačních odporů pro dané kapacity (0,5; 1,0; 2,0; 5,0 µf). I v tomto případě stanovte velikost indukčnosti L.

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV. Černoleská 1997, Benešov. Elektrická měření. Tematický okruh. Měření elektrických veličin.

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Czech Audio společnost pro rozvoj technických znalostí v oblasti audiotechniky IČ :

Pracovní list žáka (SŠ)

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

KATEDRA ELEKTRICKÝCH MĚŘENÍ

Rezonance v obvodu RLC

Měření modulů pružnosti G a E z periody kmitů pružiny

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

b) Vypočtěte frekvenci f pro všechny měřené signály použitím vztahu

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Teorie elektromagnetického pole Laboratorní úlohy

Návrh a analýza jednostupňového zesilovače

Přenos pasivního dvojbranu RC

Protokol č. 1. Tloušťková struktura. Zadání:

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

Teoretický úvod: [%] (1)

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

1. Navrhněte RC oscilátor s Wienovým článkem, operačním zesilovačem a žárovkovou stabilizací amplitudy, podle doporučeného zapojení, je-li dáno:

Měření na nízkofrekvenčním zesilovači. Schéma zapojení:

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

Laboratorní cvičení č.10

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

Impedanční děliče - příklady

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření vlastní a vzájemné indukčnosti, část 3-1-4

MĚŘENÍ NA INTEGROVANÉM ČASOVAČI Navrhněte časovač s periodou T = 2 s.

NTIS-VP1/1: Laboratorní napájecí zdroj programovatelný

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Laboratorní práce č. 4: Určení elektrického odporu

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Měřicí přístroje a měřicí metody

Měření magnetické indukce permanentního magnetu z jeho zrychlení

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Harmonický ustálený stav pokyny k měření Laboratorní cvičení č. 1

Datum měření: , skupina: 9. v pondělí 13:30, klasifikace: Abstrakt

Operační zesilovač, jeho vlastnosti a využití:

R 4 U 3 R 6 R 20 R 3 I I 2

Měření zrychlení na nakloněné rovině

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. stud. skup. FMUZV (73) dne

Základní měření s výchylkovými multimetry Laboratorní cvičení č. 1

JAN JUREK SBĚR DAT V MĚŘÍCÍ TECHNICE. 1) C x - Elyt 10000µF; 25V; TGL 39681;40/085/56;Typ IA. 2) Tranzistor - MOSFET MTP12N10E Vyučující: Ing.

Měření Planckovy konstanty

Transkript:

Měření kapacity kondenzátoru a indukčnosti cívky. Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance pomocí TG nebo SC Kondenzátor i cívka kladou střídavému proudu odpor, který nazýváme kapacitance X C, resp. induktance X L. Tyto veličiny jsou frekvenčně závislé a platí pro ně následující vztahy (1) a (2): X C = 1 2πfC (1) X L = 2πfL (2) kde C je kapacita kondenzátoru, L je indukčnost cívky a f je frekvence střídavého proudu. Pomůcky: multimetr VA18B (2 ks), svitkový kondenzátor 4,7 µf (3 ks), cívka N = 600, L = 6 mh, vodič jack 3,5 mm / 2 banánky, TG nebo PC (notebook), Visual Analyser, propojovací vodiče Postup práce Schéma zapojení je na následujícím obrázku 1. Uspořádání experimentu při měření indukčnosti a induktance je patrné z obrázku 2 a při měření kapacity a kapacitance z obrázku 3. Obrázek 1 Schéma zapojení kondenzátoru a) a cívky b) ověření frekvenční závislosti X C a X L.

Obrázek 2 Měření indukčnosti cívky a frekvenční závislosti induktance pomocí SC. Obrázek 3 Měření kapacity kondenzátoru a frekvenční závislosti kapacitance pomocí SC.

Ve frekvenčním intervalu (100 2000) Hz zvolíme rovnoměrně přibližně 20 frekvencí, které na TG generujeme nastavením frekvence jemným laděním na daném frekvenčním rozsahu a pomocí SC v programu Visual Analyser pomocí tlačítka Wave. Nastavenou frekvenci ověříme pomocí multimetru VA18B. Pro každou frekvenci změříme pomocí multimetrů VA18B proud a napětí, ze kterých pak můžeme vypočítat hodnotu kapacitance X C = U, resp. induktance X I L = U. I Vypočítané hodnoty zapíšeme do tabulky a vyneseme grafickou závislost kapacitance, resp. induktance na frekvenci. Grafy tvoříme pomocí programu MS Excel. V druhé části výpočtů využijeme vztahy (1) a (2) k výpočtu kapacity kondenzátoru, resp. indukčnosti cívky. V případě určení kapacitance a kapacity kondenzátoru provedeme měření nejprve pro jeden kondenzátor s kapacitou C 1 = 4,7 µf a potom pro dva paralelně spojené kondenzátory s výslednou kapacitou C 2 = 9,4 µf. Hodnoty kapacit jsou orientační, použijte kondenzátory, které máte k dispozici. Námi naměřené hodnoty pro výpočet kapacitance a kapacity kondenzátorů uvádíme v tabulce 1. Indexem 1 je označeno měření s kondenzátorem o kapacitě C 1 = 4,7 µf a indexem 2 měření s kondenzátorem o kapacitě C 2 = 9,4 µf. Nejistotu vypočítané kapacity C pro každý řádek tabulky vypočítáme podle následujícího vzorce (3): s C = I 2πfU (s I I )2 + ( s U U )2 + ( s f f ) 2. (3) Průměrná hodnota kapacity kondenzátoru C 1 byla určena jako C 1TG = (5,5 ± 0,2) μf, pro kondenzátor C 2 jsme vypočítali hodnotu C 2TG = (15 ± 2) μf. Stanovte i relativní nejistoty měření. Na grafu 4 můžeme zřetelně pozorovat exponenciální pokles kapacitance pro hodnotu C 1 = 4,7 µf. Experimentálně naměřené hodnoty jsou vyznačeny modrými křížky, teoretické hodnoty kapacitance vypočítané ze vztahu (5) jsou zobrazeny červeně.

Tabulka 1 Měření kapacity kondenzátorů a frekvenční závislosti kapacitance s SC f (Hz) U 1 (V) I 1 (ma) X C1 (Ω) C 1 (µf) U 2 (V) I 2 (ma) X C2 (Ω) C 2 (µf) 100 1,177 3,41 345,2 4,6 1,171 6,99 167,5 9,5 200 1,170 6,82 171,6 4,6 1,148 13,73 83,6 9,5 300 1,159 10,15 114,2 4,6 1,113 19,98 55,7 9,5 400 1,042 12,16 85,7 4,6 0,972 23,28 41,8 9,5 500 0,960 14,03 68,4 4,7 0,867 26,00 33,3 9,6 600 0,904 15,87 57,0 4,7 0,788 28,38 27,8 9,6 700 0,860 17,67 48,7 4,7 0,724 30,48 23,8 9,6 800 0,827 19,42 42,6 4,7 0,671 32,32 20,8 9,6 900 0,799 21,14 37,8 4,7 0,625 33,99 18,4 9,6 1000 0,774 22,82 33,9 4,7 0,587 35,42 16,6 9,6 1100 0,753 24,49 30,7 4,7 0,552 36,84 15,0 9,7 1200 0,735 26,12 28,1 4,7 0,515 37,59 13,7 9,7 1300 0,718 27,75 25,9 4,7 0,488 38,90 12,5 9,8 1400 0,704 29,35 24,0 4,7 0,47 40,13 11,7 9,7 1500 0,690 30,95 22,3 4,8 0,448 41,32 10,8 9,8 1600 0,678 32,52 20,8 4,8 0,431 42,49 10,1 9,8 1700 0,666 34,09 19,5 4,8 0,416 43,67 9,5 9,8 1800 0,656 35,65 18,4 4,8 0,401 44,83 8,9 9,9 1900 0,646 37,19 17,4 4,8 0,388 45,96 8,4 9,9 2000 0,636 38,72 16,4 4,8 0,377 47,25 8,0 10,0 Průměrná hodnota kapacity kondenzátoru C 1 byla určena jako C 1SC = (4,71 ± 0,02) μf, pro kondenzátor C 2 jsme vypočítali hodnotu C 2SC = (9,68 ± 0,03) μf. V případě kondenzátoru C 1 je relativní nejistota měření 0,4 %, u stanovení kapacity kondenzátoru C 2 je relativní nejistota měření dokonce 0,3 %. Odchylka od jmenovité hodnoty C 1 = 4,7 µf a C 2 = 9,4 µf pak v průměru činí 0,2 %, resp. 3 %. Měření kapacity s využitím SC se tedy ukázalo jako velmi přesné a na obou grafech na obrázcích 12 a 13 je vidět téměř dokonalá shoda experimentálně naměřených hodnot (modře) a teoreticky vypočítaných hodnot (červeně).

X C (Ω) 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 Xc (Ω) exp. Xc (Ω) teor. 100,0 50,0 0,0 0 500 1000 1500 2000 2500 f (Hz) Obrázek 4 Graf frekvenční závislosti kapacitance pomocí SC pro C 1 = 4,7 µf. Obdobným způsobem jsme změřili indukčnost cívky s parametry N = 600, L = 6 mh a indukčnost cívky s N = 12000 a L = 95 mh. Experimentálně zjištěné hodnoty indukčnosti a induktance pro cívku s indukčností L = 6 mh jsou uvedeny v tabulce 2. Indexem TG je označeno měření s tónovým generátorem, indexem SC je označeno měření se zvukovou kartou. Grafická závislost induktance na frekvenci proudu při měření SC je zobrazena na na obrázku 5. Modře jsou znázorněny experimentálně naměřené hodnoty, červeně teoreticky vypočítané ze vztahu (2). Hodnoty indukčnosti cívky v posledním sloupci tabulky jsou vypočítány ze vztahu (2), nejistota indukčnosti z následujícího vztahu (4): s L = U 2πfI (s I I )2 + ( s U U )2 + ( s f f ) 2. (4) Průměrná hodnota indukčnosti cívky L TG měřené pomocí TG byla určena jako L TG = (6,4 ± 0,1) mh, hodnota zjištěné pomocí SC je L SC = (6,2 ± 0,2) mh. Relativní nejistota činila v případě TG 1,5 %, pro SC vychází relativní nejistota 3,2 %.

Tabulka 2 Měření indukčnosti cívky L = 6 mh a frekvenční závislosti induktance s TG a SC f(hz) U TG (V) I TG (ma) X LTG (Ω) L TG (mh) U SC (V) I SC (ma) X LSC (Ω) L SC (mh) 100 0,010 1,88 5,3 8,5 0,308 48,16 6,4 10,2 200 0,019 2,13 8,9 7,1 0,408 45,12 9,0 7,2 300 0,026 2,11 12,3 6,5 0,546 45,79 11,9 6,3 400 0,033 2,08 15,9 6,3 0,602 38,90 15,5 6,2 500 0,039 2,06 18,9 6,0 0,642 33,71 19,0 6,1 600 0,048 2,03 23,6 6,3 0,675 29,80 22,7 6,0 700 0,054 1,97 27,4 6,2 0,702 26,71 26,3 6,0 800 0,061 1,97 31,0 6,2 0,723 24,21 29,9 5,9 900 0,072 1,95 36,9 6,5 0,742 22,16 33,5 5,9 1000 0,082 2,13 38,5 6,1 0,759 20,48 37,1 5,9 1100 0,091 2,13 42,7 6,2 0,774 19,07 40,6 5,9 1200 0,100 2,13 46,9 6,2 0,790 17,88 44,2 5,9 1300 0,109 2,12 51,4 6,3 0,805 16,87 47,7 5,8 1400 0,116 2,11 55,0 6,3 0,820 16,01 51,2 5,8 1500 0,122 2,11 57,8 6,1 0,835 15,27 54,7 5,8 1600 0,130 2,11 61,6 6,1 0,852 14,63 58,2 5,8 1700 0,140 2,10 66,7 6,2 0,865 14,07 61,5 5,8 1800 0,145 2,08 69,7 6,2 0,880 13,57 64,8 5,7 1900 0,153 2,10 72,9 6,1 0,897 13,14 68,3 5,7 2000 0,160 2,09 76,6 6,1 0,912 12,74 71,6 5,7 X L-SC (Ω) 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 XL (Ω) exp. XL (Ω) teor. 30,0 20,0 10,0 0,0 0 500 1000 1500 2000 2500 f (Hz) Obrázek 5 Graf frekvenční závislosti induktance pomocí SC pro L = 6 mh.