BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 4 KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU Hiện diện Điểm 1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở kim loại bằng cách vẽ đặc.

Trang 1

BÀI 4: KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở kim loại bằng cách

vẽ đặc tuyến volt-ampere của bóng đèn dây tóc

Khảo sát mạch điện xoay chiều RC và RL dựa trên cơ sở áp dụng phương pháp giản đồ vector

Fresnel và định luật Ohm đối với dòng điện xoay chiều để xác định tổng trở, cảm kháng và dungkháng của các mạch điện Từ đó xác định điện dung của tụ điện và hệ số tự cảm của cuộn dâydẫn

2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát đặc trưng volt ampe của dây tóc bóng đèn bằng mạch điện một chiều.

2.1.1 Đo điện trở dây tóc bóng đèn ở nhiệt độ phòng

Bước 1: Sử dụng đồng hồ đa năng làm ôm kế để đo điện trở dây tóc bóng đèn ở nhiệt độ phòng Bước 2: Chọn thang đo 200, hai đầu dây đo cắm vào hai lỗ “COM” và "V" của đồng hồ, hai

đầu còn lại nối trực tiếp với hai đầu ra của bóng đèn Chú ý hạn chế tối đa điện trở tiếp xúc Ghi

giá trị điên trở R t và nhiệt độ phòng t p vào bảng 1 Thực hiện phép đo 5 lần

2.1.2 Vẽ đặc tuyến vôn-ampere của đèn dây tóc

Bước 1: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Hình dưới Điện áp 012V một chiều được lấy từ hai cực

 của bộ nguồn 12V-3A/AC-DC

Trang 2

+ Dùng một đồng hồ làm chức năng vôn kế V, với thang đo 20V DC và sử dụng lỗ cắm “ COM”

và "V", mắc song song với đèn Đ.

+ Dùng một đồng hồ làm chức năng ampere kế A, với thang đo 20A DC và sử dụng lổ cắm

“COM” và "20A max", mắc nối tiếp với đèn Đ.

Bước 2: Tiến hành phép đo:

- Bấm núm "ON/OFF" trên vôn kế V và ampere kế A để hiển thị các chữ số 0.00

- Xoay biến trở DC trên mặt bộ nguồn về vị trí 0 (tận cùng trái) Bấm khóa K của nguồn điện, đènLED phát sáng, báo hiệu sẵn sàng hoạt động

- Vặn núm xoay DC của bộ nguồn điện để điều chỉnh hiệu điện thế U tăng dần từng vôn, từ 0 đến 10V Đọc và ghi các giá trị tương ứng của cường độ dòng điện I vào bảng 2.

Bước 3: Chỉ thực hiện phép đo này 1 lần, sau đó bấm khóa K của nguồn điện U n và ấn nút

"ON/OFF" của hai đồng hồ V-A để tắt điện

2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát mạch điện xoay chiều RC

Bước 1: Mắc mạch điện: Vặn núm xoay AC của nguồn điện U n đến vị trí 12V Mắc nối tiếp tụ C

với điện trở R theo sơ đồ.

Bước 2: Chọn thang đo của đồng hồ:

- Vôn kế V đặt ở vị trí 20 của thang đo điện áp xoay chiều (V~) Cắm hai dây đo của nó vào hai lỗ

“COM” và "V", rồi mắc song song với các đoạn mạch cần đo

- Ampe kế A đặt ở vị trí 200mA của thang đo dòng xoay chiều (A~) Cắm hai dây đo của nó vào

hai lỗ “COM” và “A”, rồi mắc nối tiếp nó với mạch điện RC.

Bước 3: Tiến hành đo:

Trang 3

Bấm nút "ON/OFF" của ampe kế A để hiển thị các chữ số 0.00 Bấm khoá K của nguồn điện

U n để cấp điện cho mạch RC Đọc và ghi giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng I trên ampe kế A

vào bảng 3

Bấm nút "ON/OFF" của vônkế V và đo lần lượt các giá trị hiệu dụng của:

+ Hiệu điện thế U ở hai đầu mạch MN.

+ Hiệu điện thế U C ở hai đầu tụ điện C

+ Hiệu điện thế U R ở hai đầu điện trở R

Đọc và ghi giá trị U, U R , U C vào bảng 3

Bước 4: Thực hiện 3 lần các phép đo cường độ dòng điện và các hiệu điện thế trên.

Bước 5: Kết thúc phép đo Tắt mạch, ampere kế, vôn kế.

2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát mạch điện xoay chiều RL

Bước 1: Mắc mạch điện: Mắc nối tiếp cuộn dây dẫn có điện trở r và hệ số tự cảm L với điện trở R

theo sơ đồ mạch điện:

Bước 2: Giữ nguyên vị trí thang đo của vônkế V và ampere kế A như thí nghiệm RC

Bước 3: Đo cường độ hiệu dụng và hiệu thế hiệu dụng rơi trên các đoạn mạch

Bấm khóa K của nguồn điện U n để cấp điện cho mạch điện RL.

Đọc và ghi giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng I trên ampere kế A vào bảng 4.

Lần lượt đo các giá trị hiệu dụng của:

+ Hiệu điện thế U ở hai đầu mạch MN.

+ Hiệu điện thế U R ở hai đầu điện trở R.

+ Hiệu điện thế UrL ở hai đầu cuộn dây L có điện trở thuần r.

Đọc và ghi giá trị U, U rL , U R vào bảng 4.2 Lặp lại phép đo trên 3 lần và ghi các giá trị nhậnđược vào bảng

Kết thúc phép đo U, I, bấm khóa K của nguồn điện để tắt điện cho bộ nguồn.

Bước 4: Đo điện trở thuần r của cuộn dây L

- Tháo cuộn dây L ra khỏi mạch điện Dùng thang đo điện trở 200 của đồng hồ để đo điện trở thuần

r của cuộn dây L.

- Vặn chuyển mạch chọn thang đo X của đồng hồ về vị trí 200, thang đo  Cắm hai đầu dây đo

vào hai lỗ V và “COM”, rồi mắc nó song song với hai đầu cuộn dây dẫn L.

Trang 4

- Đọc và ghi giá trị của điện trở r hiển thị trên đồng hồ vào bảng 4.1.

Bước 5: Kết thúc phép đo Tắt mạch, ampe kế, vôn kế.

3 BỐ TRÍ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

3.1 Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Khảo sát đặc trưng volt ampere của dây tóc bóng đèn bằng mạch điện một chiều.

Trang 5

Thí nghiệm 2: Khảo sát mạch điện xoay chiều RC

Trang 6

Thí nghiệm 3: Khảo sát mạch điện xoay chiều RL

Trang 9

đo điện trở

Trang 10

Bóng đèn dây tóc

12V-3W

Dây tóc là mẫu cầnkhảo sát

Trang 11

Nguồn điện đa năng

12V-3A/AC-DC

Cung cấp dòng điệnmột chiều hoặcxoay chiều cho các

mạch

3.2.1 Đồng hồ đo điện hiện số:

a) Đồng hồ đo điện hiện số là loại dụng cụ đo điện đa năng có độ chính xác cao và nhiều tính

năng ƣu việt so với đồng hồ chỉ thị kim Nó được dùng để đo hiệu điện thế và cường độ dòng điệnmột chiều, xoay chiều, điện trở, điện dung, Nhờ một núm chuyển mạch chọn thang đo X, ta cóthể chọn thang thích hợp với đại lượng cần đo

b) Cách tính sai số dụng cụ: Đồng hồ là dụng cụ đo điện đa năng hiện số loại 3 1/2 digit có 2000

điểm đo (từ 0 đến 1999) Giả sử chuyển mạch chọn thang đo X được đặt ở dải đo hiệu điện thế mộtchiều (V=) tại vị trí 20 (ứng với giới hạn đo Umax = 20V) Nếu giá trị hiệu điện thế đo được hiển thị

trên đồng hồ là U, thì sai số dụng cụ của phép đo U tính theo công thức:

V

còn  % là cấp chính xác của thang đo (tính bằng sai số tỉ đối của giới hạn thang đo) và n = 1,

2, 3 là các số nguyên Giá trị  , n do nhà sản xuất qui định cho mỗi thang đo, được ghi trong tài liệu hướng dẫn sử dụng của đồng hồ Với các thang đo thế và dòng khác, sai số cũng được tính tương tự như trên

c) Cách sử dụng đồng hồ:

Cẩn thận trọng khi sử dụng các thang đo hiệu điện thế, dòng điện nhỏ (thang 200mV, 2mA ).

Nếu sơ ý để hiệu điện thế hoặc dòng điện lớn hơn giới hạn các thang đo này, thì có thể gây cháy

hỏng đồng hồ Vì vậy, nhất thiết phải tuân thủ các quy tắc sau đây:

+ Không được chuyển đổi thang đo khi đang có điện đặt ở đầu vào của đồng hồ

+ Không đặt điện áp và dòng điện vượt quá giới hạn thang đo Khi chưa biết giá trị của đạilượng đo, ta phải đo thăm dò với thang đo lớn nhất Sau đó, ngắt đồng hồ khỏi mạch điện, rồi mớivặn núm chuyển macḥ X để chọn thang đo thích hợp

+ Để đo các dòng điện nhỏ hơn 200mA ta dùng hai dây đo cắm vào lỗ COM và lỗ “mA” trên đồng hồ Hai đầu còn lại của dây đo được mắc nối tiếp với đoạn mạch Chuyển mạch chọn thang

Trang 12

đo X đặt ở “200” trên dải đo dòng điện một chiều (kí hiệu là A=), hoặc ở dải thang đo dòng điện xoay chiều (kí hiệu là A~) tùy theo đại lượng cần đo.

+ Sau lỗ cắm “mA”, trong đồng hồ có cầu chì bảo vệ: nếu dòng điện đo vượt quá giới hạn của

thang đo, lập tức cầu chì bị cháy đứt và các thang đo dòng nhỏ sẽ ngưng hoạt động cho đến khi cầuchì được thay mới Điều tai hại tương tự cũng xảy ra nếu ta mắc ampe kế song song với hai đầuđoạn mạch có hiệu điện thế khác không

Hãy rất thận trọng khi sử dụng các thang đo dòng, không để cháy cầu chì!

Để đo dòng điện có cường độ I > 200mA, ta cắm hai dây đo vào lỗ “COM” và “10A” của đồng

hồ, rồi mắc hai đầu dây còn lại nối tiếp với mạch điện cần đo Vặn núm chọn thang đo X đến vị trí

10 của dải thang đo dòng một chiều (A=), hoặc vị trí 10 của thang đo dòng xoay chiều (A~) Sau

lỗ “10A” không có cầu chì bảo vệ, nên khi xảy ra đoản mạch thường gây cháy nổ ở mạch ngoài

hoặc ở nguồn điện

Tóm lại, chọn thang đo đúng và không nhầm lẫn khi thao tác đo thế và dòng là hai yếu tố cần

thiết để bảo vệ đồng hồ

Để đo hiệu điện thế một chiều, xoay chiều, hoặc đo điện trở, ta cắm hai dây đo vào hai lỗ

“COM” và “V” của đồng hồ, rồi mắc hai đầu dây còn lại song song với đoạn mạch cần đo Vặn

núm chọn thang đo X đến vị trí thích hợp của dải thang đo hiệu điện thế một chiều (V=), hoặc xoay chiều (V~) , hoặc thang đo điện trở () thích hợp

3.2.2 Nguồn điện 12V- 3A/AC- DC

a) Nguồn điện 12V-3A/AC-DC dùng cung cấp điện áp một chiều (DCV) hoặc điện áp xoay

chiều (ACV):

- Điện áp một chiều 012V được lấy ra từ hai cọc đấu dây DC 0-12V phía bên trái, cung cấp dòng tối đa 3A, có thể thay đổi liên tục nhờ núm vặn DC Hai đồng hồ A và V dùng chỉ thị điện áp và dòng điện ra (với sai số 1,5%)

- Điện áp xoay chiều 50Hz được lấy ra từ hai lỗ đấu dây phía dưới bên phải, giá trị hiệu dụng

của nó có thể nhận được bằng 3V, 6V, 9V hoặc 12V tùy vị trí chuyển mạch AC trên mặt máy

b) Kiểm tra hoạt động của nguồn điện:

- Cắm phích lấy điện của nguồn điện này vào ổ điện xoay chiều ~220V Bấm khoá K trên mặtnguồn điện: đèn LED phát sáng báo hiệu nguồn điện đã sẵn sàng hoạt động

- Vặn từ từ núm xoay DC thuận theo chiều kim đồng hồ, đồng thời quan sát vôn kế V trên mặt nguồn điện Nếu kim chỉ thị của vôn kế V dịch chuyển đều đặn từ 0 đến 12V là đạt yêu cầu

- Vặn núm xoay DC của nguồn điện về vị trí tận cùng trái Bấm khoá K để tắt điện

Trang 14

b) Vẽ đặc tuyến vôn-ampere của đèn dây tóc

BẢNG 2 Vôn kế

Thang đo U m 20V

Độ phân giải:  0, 001Cấp chính xác  0,5%;n1

Ampere kế

Thang đo I m 20A DCA

Độ phân giải:  0,001ACấp chính xác  2%;n5

Trang 15

* Điện trở của dây tóc bóng đèn khi được thắp sáng dưới hiệu điện thế 10V là:

21,067

0, 477

U R I

Thang đo I m 200mA ACA

Trang 16

* Cường độ dòng điện:

0,010,007 0,01 0,017

dc dc

 

       Vậy I   I I 45,64 0,017 mA

* Hiệu điện thế toàn mạch:

0,001

0, 0003 0,001 0, 001

dc dc

Cdc dc

 

       Vậy U C U CU C 6,6463 0,0021 V

* Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R trong mạch RC (U R):

0,0010,0004 0,001 0,0014

Rdc dc

 

       Vậy U R U RU R 9,7333 0,0014 V

R R

U R I

0,017 0,001 0,1 0,0021

3,01.10 0,301%

45,64.106,6463

Trang 17

Thang đo I m 200mA ACA

Độ phân giải:  0,01mACấp chính xác  1,8%;n3

Vôn kế

Thang đo U m 20V ACV

Độ phân giải:  0,001VCấp chính xác  0,8%;n3

r

          Vậy r r  r 12,69 0,02 

* Dòng điện hiệu dụng qua mạch RL:

Trang 18

0, 010,0177 0,01 0,028

dc dc

* Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R trong mạch RL (U R):

0, 001

0, 0030 0,001 0,004

Rd c R

c d

 

       Vậy U R U RU R 11,3283 0,0040 V

U R I

0,7627

12, 6952,967.10

U

r I

Trang 19

Vậy L L  L 0,02200 0, 00039 H

5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

* Nguyên nhân sai số:

- Sai số do dụng cụ đo (Vôn kế V và ampere kế A)

- Trong quá trình đo, người thực hành thí nghiệm đặt mắt đọc giá trị hiển thị nên dụng cụ đo khôngđúng

- Chốt nối các sợi dây dẫn bị lỏng hoặc cắm chưa chặt

* Nhận xét:

Sau khi tiến hành bài thí nghiệm, em đã biết cách sử dụng các dụng cụ, thiết bị đo điện đểkhảo sát các mạch điện một chiều và xoay chiều, vẽ được đường đặc trưng volt-ampere của dây tóc bóng đèn và đã tính được các giá trị điện dung của tụ điện và hệ số tự cảm của cuộn dây dẫn.Hoàn thành mục tiêu đã đề ra

Thí

nghiệm 1 :

Hình dạng đặc tuyến Volt ampere vẽ được không phải là đường thẳng Hình dạng này phùhợp với lý thuyết, vì khi dòng điện tăng lên do hiệu ứng June-Lenxơ sẽ gia tăng nhiệt độ của dâytóc, điều này là do sự thay đổi điện trở của dây tóc, nên độ dốc của đường đặc tuyến không còn làhằng số nữa

Giá trị độ tự cảm có sai số không quá lớn (< 10%)

6 TRẢ LỜI CÂU HỎI

Nhiệm vụ học tập 1: Dựa vào giá trị điện áp hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng qua

Trang 21

 Cường độ hiệu dụng I của dòng điện chạy qua mạch bằng Ampe kế.

 Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở U R bằng Volt kế

 Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện U C bằng Volt kế

 Tần số của dòng điện đang dùng

Dùng các công thức vừa xây dựng để tìm giá trị của R và điện dung C của tụ

Nhiệm vụ học tập 2: Dựa vào giá trị điện áp hiệu dụng và cường độ dòng điện hiệu dụng qua

mạch và các thiết bị điện được đo bằng volt kế và ampere kế, sinh viên hãy trình bày cách xác

định giá trị điện trở R và độ tự cảm L của cuộn dây (giả sử đã biết giá trị điện trở trong r của

Do dây quấn cuộn dây có điện trở r, nên biểu thức điện áp hai đầu mạch có dạng:

U: là hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu mạch.

Khi mắc volt kế đo hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây, số chỉ của volt kế UrL cho biết:

Trang 22

rL L

L

U

r I



U R là giá trị hiệu dụng của điện áp giữa hai đầu điện trở trong mạch RL.

Cần xác định:

 Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện ở mạch 2 bằng ampe kế

 Giá trị hiệu dụng của điện áp giữa hai đầu điện trở trong mạch 2 bằng Volt kế

 Giá trị hiệu dụng của điện áp giữa hai đầu cuộn dây bằng Volt kế

 Đọc tần số của dòng điện, giá trị điện trở của cuộn dây

Nhiệm vụ học tập 3: : Sinh viên quan sát bộ dụng cụ thí nghiệm và thực hiện những yêu cầu sau

đây:

1 Trình bày tóm tắt công dụng của các dụng cụ, thiết bị trong bảng 4.1 để thực hiện thí nghiệm

trong bài này

2 Tìm hiểu cách sử dụng đồng hồ và cách tính sai số dụng cụ này Sau đó trình bày tóm tắt:

Trang 23

2 Tìm hiểu cách sử dụng đồng hồ và cách tính sai số dụng cụ này Sau đó trình bày tóm tắt:

- Cách sử dụng đồng hồ và các lưu ý khi sử dụng đồng hồ: