[ Startside ] [ Mekaniske svingingar ] [ Elektromagnetiske svingingar ] [ EM bølgjer og antenner ] [ Signalbehandling ] [ Undervannsakustikk ] [ Eksamen ]
[ Test enkle AC-kretsar ] [ Test elektromagnetiske svingingar ]
Elektromagnetiske harmoniske svingingar.
Lærestoff:
Kompendium
Bakgrunnsstoff: ERGO Fysikk 2Fy side 195-204, 3Fy side 170-175,
Kompendium
Grunnleggende Fysikk om Kapasitans og Induktans.
Omgrep som skal øvast inn:
- Effektiv strøm og spenning
- Induktiv reaktans ZL=wL
- Kapasitiv reaktans ZC=1/wC
- Impedans i LC-krets: Z=wL-1/wC
- Faseforskyvning av strøm I=Imsin( wt-f)
når U=Umsin( wt)
Eigenfrekvens for elektrisk
svingekrets |
 |
Energi i elektrisk svingekrets: |
 |
Introduksjonsoppgåver
til Vekselstrømkretsar. Fasit.
Demonstrasjonseksperiment:
Demonstrasjonseksperiment
1 Vekselstrøm
1. Vekselstrøm (50 Hz) med lyspære. Måling med oscilloscop og
voltmeter.
- Finn periode (T), amplituder (Im og Um) og
effektiv strøm og spenning (Ie og Ue)
- Beskriv strøm og spenning som sin-funksjonar.
- Bruk lysmålar til å finne variasjon i effekt. Beskriv effekt som
sin-funksjon.
Demonstrasjonseksperiment
2 Vekselstrøm
2. Vekselstrøm (50 Hz) med spole. Måling med oscilloscop og
multimeter.
- Finn amplituder (Im og Um) og
faseforskyvning f
med og uten jernkjerne
- Beskriv strøm og spenning som sin-funksjonar.
- Finn induktiv reaktans ZL , og demonstrer
avhengigheten av L og
Demonstrasjonseksperiment
3 Vekselstrøm
3. Vekselstrøm (50 Hz) med kondensator. Måling med oscilloscop og
multimeter.
- Finn amplituder (Im og Um) og
faseforskyvning f
- Beskriv strøm og spenning som sin-funksjonar.
- Finn kapasitiv reaktans ZC , og demonstrer
avhengigheten av C og w
Demonstrasjonseksperiment
4 Vekselstrøm
4. Vekselstrøm med kondensator og spole i serie. Måling med
oscilloskop og multimeter
- Finn spenning UL over spole og UC over
kondensator og vis faseforskyvning i høve til strøm I.
- Vis påtrykt spenning U og strøm I, og finn resonansfrekvens.
- Demonstrer korleis resonansfrekvensen er avhengig av L, C og
5. Elektrisk svingekrets. Måling med
digitalt oscilloskop og dataloggar.
- Finn svingeperiode T og eigenfrekvens for ulike verdiar av L og C.
Elev-eksperiment:
Lab 2 Elektriske
svingekretsar. Bruk av oscilloskop.
Datasimulering:
1. Vekselstrøms- og likestrømsgenerator:
http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/wf2/generator/generator_ita.htm
2. Enkle AC-svingekretsar: http://www.walter-fendt.de/ph14e/accircuit.htm
3. Svingekrets: http://www.walter-fendt.de/ph14e/osccirc.htm
Test:
Test enkle vekselstrømkretsar
Test elektrisk svingekrets
Test
RCL-kretsar
Fleire datasimuleringar:
http://sksk.no/fysim/kretser.htm
Anbefalte simuleringar markert med gul farge i tabellen.
Figurar:
 |
Vekselstrømskrets med resistans |
 |
U og I med resistans |
 |
Effektivverdi |
 |
Vekselstrømkrets med spole |
 |
U og I med induktans |
 |
Vekselstrømkrets med kondensator |
 |
U og I med kapasitans |
 |
Vekselstrømkrets med kondensator og spole |
 |
Impedans med kondensator og spole |
 |
Svingekrets og formel for eigenfrekvens |
 |
Svingekrets med stor spole og kondensator
for demo. |
 |
Analogi mellom mekanisk og elektrisk svingekrets |
Oppgåver:
Oppgåver i elektromagnetisme .
- Ein strømkrets består av ei vekselspenningskjelde som gir 50 Hz
vekselspenning med maksimalverdi 10V og ein motstand med resistans 10 ohm.
Skriv opp eit uttrykk for korleis spenning U, strøm I og effekt P varierer
med tida.
Teikn graf av U(t), I(t) og P(t).
Finn effektivverdi av strøm og spenning.
- Ein strømkrets består av ei vekselspenningskjelde som gir 50 Hz
vekselspenning med maksimalverdi 10V og ein spole med induktans 0,10 H. Vi
antar at den ohmske motstanden i kretsen R=0. Finn den induktive reaktansen
i kretsen. Skriv opp eit uttrykk for korleis spenning U og strøm I varierer
med tida.
Teikn graf av U(t), I(t) .
- Ein strømkrets består av ei vekselspenningskjelde som gir 50 Hz
vekselspenning med maksimalverdi 10V og ein kondensator med kapasitans 5,0 mF.
Vi antar at den ohmske motstanden i kretsen R=0. Finn den kapasitive
reaktansen i kretsen. Skriv opp eit uttrykk for korleis spenning U og strøm
I varierer med tida.
Teikn graf av U(t), I(t) .
- Ein lysmålar består av ein strømkrets med likespenningskjelde som gi
5,0V og ei seriekopling av ein lysfølsom motstand RL (LDR) og
ein fast motstand med resistans R=500ohm. Vi legg minuspolen på
spenningskjelda til jord. Ved ein bestemt konstant lysstyrke er RL
= 300ohm. Finn strømmen i kretsen. Finn potensialet i eit punkt A mellom
dei to resistansane. Lysstyrken varierer så slik at resistansen RL
varierer slik
RL = (300 + 10sin(2wt))ohm der w
= 2pf og f=50Hz.
Skriv eit uttrykk for korleis potensialet i punktet A varierer med tida.
- Ein strømkrets består av ei vekselspenningskjelde som gir 50 Hz
vekselspenning med maksimalverdi 10V og ein kondensator med kapasitans 5,0 mF
i serie med ein spole med induktans 1,5 H. Vi går ut frå at den ohmske
resistansen er 0 i kretsen. Teikn koplingsskjema. Finn impedansen til
seriekoplinga.
Vi kan variere frekvensen til spenningskjelda. Finn den frekvensen
(eigenfrekvensen) som gir impedans lik 0. Kva skjer med strømmen når vi
varierer frekvensen rundt eigenfrekvensen?
- Ein elektrisk svingekrets består av ein kondensator med kapasitans 1,0 mF
og ein spole med induktans 10 mH. Vi går ut frå at den ohmske resistansen
er 0 i kretsen. Teikn koplingsskjema. Vi ladar opp kondensatoren med ei
likespenning på 5,0 V.
Kor stor ladning får kondensatoren?
Finn den elektriske energien svingekretsen får tilført ved oppladninga.
Kva skjer når vi koplar frå oppladningskjelda?
Finn svingefrekvensen og vinkelfarten.
Sett opp eit uttrykk for korleis spenninga over kondensatoren varierer med
tida.
Bruk energilikning til å finne maksimal strøm i kretsen.
Fasit:
- P(t)=10W(0.5+0.5cos(628t)) Ue=7.1V Ie=0.71A
- ZL=31.4W Im=0,32A
- ZC=637W Im=16
mA
- UA=3,1 V UA=250/(80+sin(628t)) V
- Z=166W f0=58
Hz
- q=5,0 mC Ep=12,5 mJ
w = 10000 rad/s f=1,6 kHz Im=10
mA
|