BÀI 19. THỰC HÀNH
KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Tập dùng đồng hồ đo điện đa năng để đo điện áp xoay chiều.
2. Vận dụng phương pháp Fre-nen để xác định r, L, C, Z và cosφ của mạch R, L, C mắc nối tiếp.
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
Chuẩn bị các dụng cụ gồm:
- Một đồng hồ đo điện đa năng hiện số.
- Một nguồn điện xoay chiều 6 V ÷ 12 V
- Một điện trở R = 270 Ω (hay 220 Ω)
- Một tụ điện có C = 4 μF (hay 2 μF)
- Một cuộn dây có 1000 – 2000 vòng.
- Bốn sợi dây dẫn
- Một compa; một thước 200 mm và một thước đo góc.
III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1. Lắp đoạn mạch nối tiếp theo sơ đồ hình 19.1
Dùng đồng hồ đo điện đa năng ở thang đo AC 20V để đo các hiệu điện thế: UMN; UNP; UPQ; UMP; UMQ.
2. Dùng thước và compa vẽ các vectơ quay theo cùng tỉ lệ xích 1 V ứng với 10 mm:
Vẽ các vectơ \(\overrightarrow{MN};\text{ }\overrightarrow{MP};\text{ }\overrightarrow{PQ};\text{ }\overrightarrow{MP};\text{ }\overrightarrow{MQ}\) lần lượt biểu diễn các hiệu điện thế uMN; uNP; uPQ; uMP; uMQ. Với P là giao điểm của hai cung tròn bán kính MP, NP; Q là giao điểm của hai cung tròn bán kính MQ, PQ; H là giao điểm của đoạn MN và PQ. |
|
3. Vectơ \(\overrightarrow{PQ}\) cắt \(\overrightarrow{MN}\) kéo dài tại điểm H. Đoạn NH biểu diễn UNH = Ir. Với kết quả đúng thì PQ vuông góc với MH do uC vuông góc với i. Dùng thước đo góc để kiểm tra.
4. Đo các độ dài MN; MP; PQ; PH; MQ; NH chính xác đến 1 mm thì ta tính được các giá trị L, C, r, Z và cosφ.
\(\frac{{{U}_{L}}}{{{U}_{R}}}=\frac{I\omega L}{\text{IR}}=\frac{\omega L}{\text{R}}=\frac{PH}{MN}\Rightarrow L=\frac{R.\frac{PH}{MN}}{2\pi f}\)
\(\frac{{{U}_{R}}}{{{U}_{C}}}=\frac{IR}{\frac{1}{\omega C}}=\omega C\text{R}=\frac{MN}{PQ}\Rightarrow C=\frac{\frac{MN}{PQ}}{2\pi fR}\)
\(\frac{{{U}_{r}}}{{{U}_{R}}}=\frac{Ir}{\text{IR}}=\frac{r}{\text{R}}=\frac{NH}{MN}\Rightarrow r=R\frac{NH}{MN}\)
\(cos\varphi =\frac{MH}{MQ}=\frac{\sqrt{M{{P}^{2}}-P{{H}^{2}}}}{MQ}\)
\(cos\varphi =\frac{R+r}{Z} \) nên \(Z=\frac{R+r}{cos\varphi }=\frac{R+r}{\frac{\sqrt{M{{P}^{2}}-P{{H}^{2}}}}{MQ}}\)
BÁO CÁO THỰC HÀNH
KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP
Họ và tên:………………………………………………Lớp:…………… Tổ:……………………
Ngày làm bài thực hành:……………………………………………………………………………
I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT
+ Vẽ sơ đồ mạch điện có điện trở, cuộn dây và tụ điện mắc nôi tiếp
+ Nêu tóm tắt cách dùng vôn kế xoay chiều và phép vẽ các vectơ quay để xác định trị số của L, r, C, Z và cosφ của cả đọan mạch.
+ Cách dùng vôn kế xoay chiều: Vôn kế xoay chiều được mắc song song với điểm cần đo trong mạch điện. Vì là đo dòng điện và điện áp xoay chiều nên đấu chiều nào của đồng hồ cũng được. Khi chọn đồng hồ phải có chỉ số đo lớn hơn điện áp hoặc dòng điện cần đo.
+ Phép vẽ các vectơ quay để xác định trị số của L, r, C, Z và cosφ của cả đọan mạch
- Dùng thước và compa vẽ các vectơ quay theo cùng tỉ lệ xích 1 V ứng với 10 mm
Vẽ các vectơ \(\overrightarrow{MN};\text{ }\overrightarrow{MP};\text{ }\overrightarrow{PQ};\text{ }\overrightarrow{MP};\text{ }\overrightarrow{MQ}\) lần lượt biểu diễn các hiệu điện thế uMN; uNP; uPQ; uMP; uMQ.
Với P là giao điểm của hai cung tròn bán kính MP, NP; Q là giao điểm của hai cung tròn bán kính MQ, PQ; H là giao điểm của đoạn MN và PQ.
- Vectơ \(\overrightarrow{PQ}\) cắt \(\overrightarrow{MN}\) kéo dài tại điểm H. Đoạn NH biểu diễn UNH = Ir. Với kết quả đúng thì PQ vuông góc với MH do uC vuông góc với i. Dùng thước đo góc để kiểm tra.
- Đo các độ dài MN; MP; PQ; PH; MQ; NH chính xác đến 1 mm thì ta tính được các giá trị L, C, r, Z và cosφ.
II - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Xác định r, L của cuộn dây không có lõi sắt và điện dung C của tụ điện
1. Mắc đoạn đoạn mạch có R, L và C nối tiếp vào hai cực nguồn điện xoay chiều cỡ U = 12 V theo sơ đồ ở mạch Hình 19.1.
2. Chọn vôn kế xoay chiều có phạm vi đo 12 V để đo UMQ = U; UMN; UNP; UMP; UPQ.
Ghi các kết quả đo kèm sai số đo vào bảng 19.1.
UMN (V) | UNP (V) | UMP (V) | UPQ (V) | UMQ (V) |
3,22 ± 0,02 | 4,22 ± 0,03 | 7,32 ± 0,04 | 11,5 ± 0,6 | 12,3 ± 0,7 |
R = 222 ± 2 W.
3. Dùng thước và compa vẽ các vectơ quay \(\overrightarrow{MN};\text{ }\overrightarrow{MP};\text{ }\overrightarrow{PQ};\text{ }\overrightarrow{MP};\text{ }\overrightarrow{MQ}\) theo cùng tỉ lệ xích 1 V ứng với 10 mm
4. Từ giản đồ đã vẽ, đo các độ dài
MN = 32 ± 1 (mm); NH = 40 ± 1 (mm); MP = 73 ± 1 (mm); MQ = 123 ± 1 (mm);
PH = 11 ± 1 (mm); PQ = 115 ± 1 (mm);
5. Tính trị số r, L, C
\(r=R\frac{NH}{MN}=220\frac{40}{32}=275\,\Omega\)
\(L=\frac{R.\frac{PH}{MN}}{2\pi f}=\frac{220.\frac{11}{32}}{314}=0,14\,H\)
\(C=\frac{\frac{MN}{PQ}}{2\pi fR}=\frac{\frac{32}{115}}{314.220}\approx 4\,\mu F\)
\(cos\varphi =\frac{MH}{MQ}\approx \frac{32+40}{123}\approx 0,59\Rightarrow \varphi \approx \frac{\pi }{3}\)
III. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Câu hỏi Bài 19 (trang 101 SGK Vật Lí 12): Hình 19.3 vẽ mặt của một đồng hồ đa năng hiện số một núm xoay để chọn loại đại lượng cần đo, các ổ cắm dây đo và các chữ số chỉ các phạm vi đo. Cần thực hiện những thao tác nào (vặn núm xoay tới vị trí nào, cắm các dây đo vào những ổ nào) khi dùng máy để đo: a) Điện trở có 2200 W b) Điện áp xoay chiều có 12,5 V? c) Cường độ dòng điện xoay chiều cỡ 50 mA? |  |
Lời giải:
a) Để đo điện trở cỡ 2200 W ta thực hiện như sau:
- Vặn núm xoay ở giữa máy đến vị trí có chấm ghi 20k nằm ở khu vực có ghi chữ W
- Cắm hai đầu dây đo vào 2 lỗ “COM” và “V/W”
- Nhấn nút “ON/OFF” để mở máy.
- Dùng hai đầu dây đo chập sát vào hai đầu điện trở cần đo.
- Chờ cho các chữ số ổn định đọc giá trị.
- Giá trị hiển thị trên máy đo tính theo kω.
- Sai số đo của máy đo này tính gần đúng là 1%.
b) Để đo điện áp xoay chiều cỡ 12,5 V, ta thực hiện như sau:
- Vặn núm xoay giữa máy đến vị trí có chấm ghi 20 nằm ở khu vực có chữ ACV.
- Cắm hai đầu dây đo vào 2 lỗ “COM” và “V/W”
- Nhấn nút “ON/OFF” để mở máy.
- Dùng hai đầu dây đo chập sát vào hai đầu đoạn mạch có điện áp cần đo.
- Chờ cho các chữ số ổn định đọc giá trị.
- Giá trị hiển thị trên máy đo tính theo V.
- Sai số đo của máy đo này tính gần đúng là 1%.
c) Để đo cường độ xoay chiều cỡ 50 mA, ta thực hiện như sau:
- Vặn núm xoay ở giữa máy đến vị trí có chấm ghi 200m nằm ở khu vực có chữ ACA.
- Cắm hai đầu dây đo vào 2 lỗ “COM” và “A”.
- Nhấn nút “ON/OFF” để mở máy.
- Tháo hở một đầu đoạn mạch.
- Dùng hai đầu dây đo chập sát vào hai đầu đoạn mạch hở đó.
- Chờ cho các chữ số ổn định đọc giá trị.
- Giá trị hiển thị trên máy đo tính theo mA.
- Sai số đo của máy đo này tính gần đúng là 1%.
Lưu ý: Chỉ đọc kết quả đo khi các chữ số đã ổn định, không còn nhấp nháy.
Hy vọng bài học "Thực hành: Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp" sẽ giúp các em nắm chắc kiến thức để chuẩn bị cho bài học trên lớp.