Эксперименты. Исследование простейших цепей

Цель 1. Исследование переходного процесса при разряде конденсатора на сопротивление. 2. Исследование переходного процесса при подключении конденсатора к неидеальному источнику постоянного напряжения. 3. Исследование переходного процесса при подключении конденсатора к неидеальному источнику синусоидального напряжения. 4. Исследование переходного процесса при подключении катушки индуктивности с начальным током на сопротивление. 5. Исследование переходного процесса при подключении катушки индуктивности к неидеальному источнику постоянного напряжения. 6. Исследование переходного процесса при подключении катушки индуктивности к неидеальному источнику синусоидального напряжения.

1. Разряд конденсатора через резистор. Если конденсатор емкостью С, заряженный до напряжения Uco, разряжается через резистор R, то процесс в соответствии со вторым законом Кирхгофа описывается уравнением:

где Uc — напряжение на конденсаторе. Решение этого уравнения записывается в виде:

2. Подключение конденсатора к неидеальному источнику постоянной ЭДС. При подключении конденсатора емкостью С, заряженного до напряжения Uco, к источнику неидеальной ЭДС процесс описывается уравнением:

Отметим, что формула (7. 2) является частным случаем формулы (7. 4) при условии Е=0. 3. Подключение катушки индуктивности с начальным током к резистору. Если катушка с индуктивностью L, в которой протекает ток ILO, подключается к резистору R, то процесс описывается уравнением:

где IL - ток через индуктивность. Решение этого уравнения записывается в виде:

где т = L/R. 4. Подключение катушки индуктивности к неидеальному источнику постоянной ЭДС При подключении катушки индуктивности к источнику неидеальной ЭДС процесс в соответствии со вторым законом Кирхгофа описывается уравнением:

Решение этого уравнения записывается в виде:

формула (7. 8) - это также частный случай формулы (7. 6) при Е=0, следовательно, для расчета переходных процессов в случаях 1... 4 можно всегда использовать формулы (7. 4) и (7. 8). 5. Подключение конденсатора с начальным напряжением UCO к неидеальному источнику синусоидальной ЭДС Electronics Workbench V 5.12

Уравнение для переходного процесса в этом случае можно записать в виде

где т = RC - постоянная времени цепи, Uco - начальное напряжение на конденсаторе, Uсуст (t) - напряжение на конденсаторе в установившемся режиме. R - величина внутреннего сопротивления источника ЭДС. Формула (7. 9) является наиболее общей, она применима также и к случаям 1 и 2. При этом Uсуст (t) = UcycT - постоянная величина, равная 0 в случае 1, Е в случае 2. После подстановки выражения для установившегося значения ucycr (t) получим:

в. Подключение катушки индуктивности с начальным током ILO к неидеальному источнику синусоидальной Electronics Workbench V 5.12

где

- постоянная времени цепи, ILO - начальное значение тока в катушке, iLycT (t) - мгновенное значение тока в катушке в установившемся режиме. После подстановки выражения для установившегося значения iLуст (t) получим:

Последовательность проведения экспериментов

Эксперимент 1. Разряд конденсатора через резистор. Откройте файл с7_01 (рис. 7. 1). Рассчитайте временные зависимости напряжения на конденсаторе Uc (t) и тока через него ic (t) при закорачивании RC-цепи переключением ключа [Space]. Получите осциллограммы Uc (t) и ic (t). По осциллограммам определите Ic (0+), Uc (0) и постоянную времени т. Сравните их с расчетными значениями. Ic (0+) - ток через конденсатор непосредственно после коммутации.

Поскольку параметры двух ветвей на рис. 7. 1 одинаковы, процессы в них идентичны, то можно получить на одном из входов осциллографа напряжение на конденсаторе, а на другом - напряжение на резисторе, пропорциональное току через конденсатор. Эксперимент 2. Подключение конденсатора к неидеальному источнику постоянной ЭДС. Рассчитайте временные зависимости напряжения на конденсаторе Uc (t) и тока через него ic (t) при подключении RC-цепи к источнику постоянной ЭДС (рис. 7. 1) Подключение производится переключением ключа [Space]. Получите осциллограммы Uc (t) и i c (t). По осциллограммам определите Ic (0+), Uc (0) и постоянную времени т. Сравните их с расчетными значениями. Эксперимент 3. Подключение катушки индуктивности с начальным током к резистору. Откройте файл с7_02 (рис. 7. 2). Рассчитайте временные зависимости тока через катушку iL (t) и напряжения на ней Ui. (t) при закорачивании RL-цепи переключением ключа [Space]. Получите осциллограммы iL (t) и uL (t). По осциллограммам определите IL (0), UL (0+) и постоянную времени t. Сравните их с расчетными значениями. UL (0+) - напряжение на катушке непосредственно после коммутации. (Смотри примечание к эксперименту 1).

Эксперимент 4. Подключение катушки индуктивности к неидеальному источнику постоянной ЭДС. Рассчитайте временные зависимости напряжения на катушке UL. (t) и тока через нее iL, (t) при подключении RL-цепи к источнику постоянной ЭДС (рис. 7. 2). Подключение производится переключением ключа [Space]. Получите осциллограммы UL (t) и iL,(t). По осциллограммам определите iL,(0+), UL(O) и постоянную времени т. Сравните их с расчетными значениями.

Эксперимент 5. Подключение конденсатора с начальным напряжением Uco K неидеальному источнику синусоидальной ЭДС.

Откройте файл с7_03 (рис. 7. 3). Рассчитайте временные зависимости напряжения на конденсаторе Uc (t) и тока через него ic (t) при подключении RC-цепи к источнику гармонической ЭДС переключением ключа [Space]. Найдите временную зависимость Auc (t)= Uc(t) - UcycT(t). Получите осциллограммы Uc(t), Uc (t) и ic(t). По осциллограммам определите Ic(0+), Uc(0), AUсо и постоянную времени т. Сравните их с расчетными значениями.

Эксперимент 6. Подключение катушки индуктивности с начальным током ILо к неидеальному источнику синусоидальной ЭДС.

Откройте файл с7_04 (рис. 7.4). Рассчитайте временные зависимости тока в катушке iL(t) и напряжения на ней UL(1) при подключении RL-цепи к источнику гармонической ЭДС переключением ключа [Space]. Найдите временную зависимость AiL(t)= iL(t) - iLycT(t). Получите осциллограммы iL(t), AiL(t) и UL(t). По осциллограммам определите IL(O), UL(O+), AlLo и постоянную времени т. Сравните их с расчетными значениями.

Результаты экспериментов Эксперимент 1. Разряд конденсатора через резистор.

Эксперимент 2. Подключение конденсатора к неидеальному источнику постоянной ЭДС. Исходные данные

Эксперимент 3. Подключение катушки индуктивности с начальным током к резистору.

Эксперимент 4. Подключение катушки индуктивности к неидеальному источнику постоянной ЭДС Исходные данные

Эксперимент 6. Подключение катушки индуктивности с начальным током ILo к неидеальному источнику синусоидальной ЭДС.

2. Возникают ли переходные процессы при коммутации в резистивных схемах? Почему?

3. Сформулируйте законы коммутации при корректных включениях. Может ли энергия в реактивных элементах изменяться скачком?

4. Что такое характеристическое уравнение и как его составить?

5. Как вычисляется постоянная времени переходного процесса в резистивных схемах с одним конденсатором?

6. Как вычисляется постоянная времени переходного процесса в резистивных схемах с одной катушкой индуктивности?

7. Как по графику переходного процесса для схем с одним реактивным элементом измерить постоянную времени?

8. Каковы необходимые и достаточные условия для возникновения в схемах переходного процесса?

9. При каких условиях в эксперименте 5 не возникнет переходной процесс?

10. При каких условиях не возникнет переходной процесс в эксперименте б?

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.