Выбор оптимальных культур для посадки, в зависимости от вида и типа почвы. Факторы почвообразования основных типов почв Практическая работа 6 выявление условий почвообразования
Задачи:
Выявить условия почвообразования различных типов почв,
Установить влияние каждого из почвообразующих факторов для формирования почвы,
Научиться различать типы почв,
Определить важность данного вида ресурса для развития народного хозяйства.
Задание 1.
Используя атлас, опишите, как изменяется типологический состав почв по территории Восточно-Европейской равнины с севера на юг .
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 2.
Используя дополнительный материал, опишите, как влияют на почвообразование климат и влажность. Почему плодородие почв возрастает в южном направлении вплоть до Кавказских гор, побережья Черного и Азовского морей, а при движении к побережью Каспийского моря плодородие уменьшается?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 3.
На основании профилей различных типов почв составьте сравнительную характеристику почв тундры, смешанных лесов, степи. Объясните, в чем причина различий между этими типами почв, какие из них наиболее плодородны и почему.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 4.
Используя карты атласа, определите, какие типы почв характерны для нашей области.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 5.
Используя карты атласа и дополнительный материал, определите, какие типы почв являются наиболее плодородными (плодородие определяется по количеству гумуса). В какой части страны они размещаются ? Используя данные о размещении наиболее плодородных почв, определите, почему большая часть населения России расселилась вдоль южной границы страны?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Дополнительный материал
Направленность и интенсивность почвообразовательных процессов, а, следовательно, и типы почв зависят от энергетических ресурсов (затрат тепла на почвообразование), водного режима почв, поступления органики в почву и скорости ее разложения, количества микроорганизмов, участвующих в процессах почвообразования. Все эти характеристики в той или иной степени зависят от климата, поэтому все они в самых общих чертах обнаруживают зональность.
В северной части страны развитие почвообразовательных процессов лимитируется прежде всего энергетическими ресурсами. Нарастание тепла при движении с севера на юг влечет за собой увеличение органики, поступающей с ежегодным спадом в почву , и количества микроорганизмов, участвующих в ее переработке, поэтому возрастает интенсивность почвообразовательных процессов и количество гумуса в почвах. Оптимальные условия для почвообразования создаются в полосе нейтрального баланса тепла и влаги, поэтому здесь формируются самые плодородные, богатые гумусом почвы - черноземы.
При дальнейшем продвижении к югу процессы почвообразования уже лимитируются недостатком влаги. Именно с этим связано уменьшение прироста биомассы и, как следствие, все меньшее поступление органики, а отсюда и сокращение количества микроорганизмов, питательной средой для которых служит органическое вещество. Сокращается и суммарная затрата энергетических ресурсов на почвообразовательные процессы, так как основная их часть (до 95%) расходуется на испарение почвенной влаги, а влаги в почвах при продвижении к югу становится все меньше и меньше. Уменьшение количества влаги при возрастании температур обусловливает небольшую глубину промачивания грунта и, следовательно, малую мощность почвенного профиля.
Наиболее важное свойство, которое человек ценит в почвах и стремится использовать , - плодородие, т. е. способность почвы создавать урожай растений. Плодородие обусловлено наличием в почвах органического вещества - гумуса, или перегноя. Благодаря плодородию, почвы являются величайшим природным богатством.
Самыми плодородными почвами являются черноземы, формирующиеся в оптимальных условиях для гумусонакопления. Именно в этих почвах запасы гумуса в метровом слое почвы особенно велики. В типичных черноземах они достигают 709 ц/га. В выщелоченных черноземах запасы гумуса уменьшаются (512 ц/га), еще заметнее они снижаются в серых лесных почвах (215 ц/га), а в подзолистых не достигают и 100 ц/га. Таким образом, к северу запасы гумуса уменьшаются, снижается и плодородие почв вследствие возрастания их выщелоченности и увеличения заболоченности, т. е. переувлажнения.
К югу от типичных черноземов запасы гумуса также уменьшаются: в черноземах обыкновенных они составляют 426 ц/га, в южных - 391 ц/га, темно-каштановых - 229 ц/га. В светло-каштановых почвах запасы гумуса сокращаются до 116 ц/га, в бурых пустынно-степных - до 62 ц/га. Снижение плодородия почв в сухих степях и полупустынях обусловлено не только уменьшением запасов гумуса, но и засолением почв.
С запасами гумуса тесно связана естественная продуктивность почв, которая может быть выражена величиной годового прироста биомассы на единицу площади. На подзолистых и дерновоподзолистых почвах биомасса составляет 45-85 ц/га, на черноземах - 90-137 ц/га, на каштановых снижается до 40 ц/га. Естественно, что обладающие высоким плодородием черноземы уже давно распаханы. Ныне свыше 50% пашни России размещено на черноземах. Около 15% пашни приходится на серые и бурые лесные почвы и примерно столько же - на дерново-подзолистые и подзолистые. Чуть более 10% пашни приурочено к каштановым, главным образом, темно-каштановым почвам.
Практическая работа №11
Вносите удобрения, применяете пестициды, поливаете и рыхлите, с утра до глубокой ночи на грядках, а урожай не радует? Тратите деньги на районированные современные сорта и гибриды, а в результате на участке жалкие больные растения? Может, все дело в почве?
Садоводство и огородничество нацелено на получение хороших урожаев. Подходящие сорта растений, своевременное применение удобрений и пестицидов, полив – все это влияет на конечный результат.
Но правильная агротехника дает желаемый результат только при учете особенностей почвы на данном участке. Давайте разберемся с типами и видами почвы, их плюсами и минусами.
Виды почвы классифицируются по содержанию в ней:
- минералов (основная часть);
- органики и, в первую очередь, гумуса, что определяет ее плодородность;
- микроорганизмы и иные живые существа, участвующие в переработке остатков растительности.
Важным качеством почвы является способность пропускать воздух и влагу, а также свойство удерживать поступившую воду.
Для растения чрезвычайно важно такое свойство почвы, как теплопроводность (его еще называют теплоемкостью). Оно выражается в периоде времени, в течение которого грунт способен нагреться до определенной температуры и, соответственно, отдать тепло.
Минеральная часть любой почвы – это осадочные горные породы, образовавшиеся в результате выветривания скальных образований. Водные потоки на протяжении миллионов лет разделяют эти продукты на два вида:
- песок;
- глину.
Еще одним минералообразующим видом является известняк.
В итоге для равнинной части России можно выделить 7 основных видов почв:
- глинистая;
- суглинистая (суглинок);
- песчаная;
- супесчаная (супесь);
- известковая;
- торфяная;
- черноземная.
Характеристики почв
Глинистые
Тяжелые, плохо поддающиеся обработке, долго сохнущие и медленно прогревающиеся весной. Плохо пропускают воду и влагу к корням растений. В такой почве плохо развиваются полезные микроорганизмы, практически не происходит процесса разложения растительных остатков.
Суглинистые
Одним из самых распространенных типов почв. По качеству они уступают лишь черноземам. Подходят для выращивания всех садовых и огородных культур.
Суглинки легки в обработке, имеют нормальную кислотность. Быстро нагреваются, но не сразу отдают сохраненное тепло.
Хорошая среда для развития подземной микрофлоры. Процессы разложения и гниения, вследствие доступа воздуха, идут интенсивно.
Песчаные
Легки для любой обработки, хорошо пропускают воду, воздух и жидкие удобрения к корням. Но эти же качества имеют и отрицательные последствия: почва быстро пересыхает и остывает, удобрения при дождях и поливах вымываются водой и уходят вглубь грунта.
Супесчаные
Обладая всеми положительными качествами песчаных почв, супесчаники лучше удерживают минеральные удобрения, органику и влагу.
Известковые
Почва плохо пригодна для садоводства. В ней мало гумуса, а также железа и марганца. Щелочная среда требует подкисления известкового грунта.
Торфяные
Участки в болотистых местах нуждаются в окультуривании и прежде всего в проведении мелиоративных работ. Кислые почвы необходимо ежегодно известковать.
Черноземные
Чернозем – это эталон грунта, не нуждается в окультуривании. Грамотная агротехника – это все, что необходимо для выращивания богатого урожая.
Для более точной классификации почвы рассматривают ее основные физические, химические и органолептические параметры.
| Вид почвы
характеристики |
глинистая | суглинистая | песчаная | супесчаная | известковая | торфяная | чернозем |
| Структура | Крупноглыбистая | комковатая, структурная | Мелкозернистая | Мелкокомковатая | каменистые включения | рыхлая | Зернисто-комковатая |
| Плотность | высокая | средняя | низкая | средняя | высокая | низкая | средняя |
| Воздухопроницаемость | Очень низкая | средняя | высокая | средняя | низкая | высокая | высокая |
| Гигроскопичность | низкая | средняя | низкая | средняя | высокая | высокая | высокая |
| Теплоемкость (скорость прогревания) | низкая | средняя | высокая | средняя | высокая | низкая | высокая |
| Кислотность | Слабокислая | От нейтральной до кислой | Низкая, близка к нейтральной | слабокислая | щелочная | кислая | От слабощелочной до слабокислой |
| % гумуса | Очень низкий | Средний, ближе к высокому | низкий | средний | низкий | средний | высокий |
| Окультуривание | Внесение песка, золы, торфа, извести, органики. | Поддерживать структуру внесением навоза или перегноя. | Внесение торфа, перегноя, глиняной пыли, посадка сидератов. | Регулярное внесение органики, осенний посев сидератов | Внесение органических, калийных и азотных удобрений, сульфата аммония, высевать сидераты | Внесение песка, обильное известкование, навоз, компост. | При истощении внесение органики, компоста, высевание сидератов. |
| Культуры, которые могут произрастать | деревья и кустарники с развитой корневой системой, уходящей вглубь почвы: дуб, яблони, ясень | Растут почти все районированные сорта. | Морковь, лук, клубника, смородина | Растет большинство культур при использовании правильной агротехники и районированных сортов. | Щавель, салаты, редька, ежевика. | Смородина,крыжовник, черноплодная рябина, садовая земляника | Растет все. |
Основные типы почв в России
Сто с лишним лет назад В.В. Докучаев открыл, что формирование основных типов почв на поверхности Земли следует закону широтной зональности.
Тип почвы — это ее атрибуты, которые возникают в сходных условиях и обладают одинаковыми параметрами и условиями почвообразования, которые в свою очередь зависят от климата в течении геологически значимых периодов времени.
Выделяют следующие типы почв:
- тундровая;
- подзолистая;
- дерново-подзолистая;
- серая лесная;
- черноземная;
- каштановая;
- бурая.
Для земледелия совершенно непригодны тундра и бурые почвы полупустынь. Малоплодородны подзолистые таежные и каштановые почвы сухих степей.
Для сельскохозяйственной деятельности главное значение имеют средне-плодородная дерново-подзолистая почва, плодородная серая лесная и максимально плодородная черноземная почвы. Содержание гумуса, климатические условия с необходимыми теплом и влагой делают эти почвы привлекательными для работы на них.
Мы привыкли видеть красоту в облаках, в окружающей природе, и никогда — в почве. Но именно она создает те неповторимые картины, которые надолго остаются в памяти. Любите, познавайте и берегите почву на вашем участке! Она отплатит вам и вашим детям прекрасными урожаями, радостью созидания и уверенностью в завтрашнем дне.
Определение механического состава почвы:
Значимость почвы в жизни человечества:
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Выявление условий образования основных типов почв и оценка их плодородия. Цели: Совершенствование умения оценивать явления и процессы на основе анализа материалов различных источников. Задачи: 1. Совершенствовать умение анализировать графическую и текстовую информацию. 2. Развивать умения оценивать процессы, устанавливать причинноследственные связи. 3. Развитие умения формулировать выводы по итогам работы. Содержание работы: 1) Определение размещения основных типов почв России в соответствии с природными зонами. 2) Выявление условий их образования (коэффициент увлажнения и t июля). 3) Оценка плодородия основных типов почв России. 4) Формулирование выводов по итогам работы (взаимосвязь условий образования почв, их размещения и плодородия). Источники информации: Раздаточный материал с таблицей «Основные типы почв России», рис. 49 на стр. 131 учебника (§ 27). Форма представления результатов: заполнение колонок таблицы, письменный ответ на вопросы в тетради. Способы познавательной деятельности: Анализ данных, представленных в виде таблицы, графической информации учебника. Установление причинно- следственных связей. Оценка свойств объекта. Обобщение и синтез информации. Критерии оценки: Оценка «5» - Работа выполнена полностью, верно, аккуратно, без грамматических и фактических ошибок. Верно сформулированы выводы по итогам работы. Оценка «4» - В работе допущены 1-2 негрубые фактические или грамматические ошибки, некоторая небрежность в оформлении. В целом работа выполнена практически полностью. Допускаются 1-2 неточности в формулировке вывода, нарушена логика вывода. Оценка «3» - В работе много грамматических ошибок, выполнена небрежно, допущены серьезные фактические ошибки, неверно выполнена оценка плодородия почв. Или: таблица заполнена верно, но выводы отсутствуют. Оценка «2» - Таблица заполнена менее чем наполовину или неверно, неаккуратно, с множеством ошибок. Выводы отсутствуют. Задания для учащихся. 1. Проанализируйте данные таблицы «Основные типы почв России». С помощью рисунка 49 на стр. 131 учебника определите размещение основных типов почв России (заполните колонку «Природная зона» в таблице). С помощью рисунка 49 на стр. 131 учебника выясните, при каком коэффициенте увлажнения и средней температуре июля образуются эти почвы (заполните колонку «Условия образования почв» в таблице). На основании данных таблицы об особенностях почв дайте оценку их плодородия (заполните колонку «Плодородие» в таблице). 2. Сформулируйте вывод по итогам работы, ответив на вопросы: 1) Какая связь существует между типом почвы и ее размещением? 2) От каких условий зависит тип почвы и ее свойства? 3) Какие почвы в России самые плодородные и почему? ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПОЧВ РОССИИ. Тип почв Природная зона Арктические Тундровоглеевые Подзолистые Дерновоподзолистые Серые лесные Черноземы и каштановые Бурые Выводы: Условия образования Особенности почвы Малая мощность (1-5 см), отсутствие сплошного покрова. Малая мощность (до 12 см), сильная переувлажненность, наличие глеевого горизонта. Избыточное увлажнение, мало гумуса (1,5-4%) и минеральных элементов. Наличие подзолистого горизонта Более высокое содержание гумуса (2-6%). Гумусовый горизонт до 30 см, содержание гумуса 3-7%. Мощный гумусовый горизонт (40-120 см), содержание гумуса в черноземах 4-11%, в каштановых 2-6%. Богаты органическими веществами Мало гумуса (1,52,5%), часто засолены. Плодородие
· Общие сведения
Резонанс токов может возникнуть в цепи синусоидального тока при параллельном соединении ветвей с индуктивным L и емкостном Сэлементами.
При этом дополнительный резистивный элемент R может быть включен в цепь также параллельно, или последовательно, или вовсе отсутствовать. В данной работе исследуется резонанс токов в цепи с параллельным соединением R ,L ,C –элементов, как показано на схеме замещения рис. 3.39.
Рис. 3.39. Схема замещения цепи синусоидального тока
с параллельным соединением R
,L
,C
-элементов
Полный ток в этой цепи определяется согласно закону Ома по формуле:
где G = 1/R – активная проводимость; B L = 1/X L – реактивная индуктивная проводимость; B C = 1/X C – реактивная емкостная проводимость; Y = 1/Z – полная проводимость цепи синусоидального тока с параллельным соединением R ,L ,C –элементов; ½B L − B C ½ = B – общая реактивная проводимость.
Из формулы (3.88) видно, что действующее значение тока в неразветвленной части цепи зависит от активной G и реактивной В проводимостей и от напряжения U сети, подведенного к зажимам цепи.
Режим работы цепи синусоидального тока с параллельно соединенными индуктивностью L и конденсатором C , при котором угол сдвига фаз j = y u − y i между напряжением U сети и током I в неразветвленной части цепи равен нулю называется резонансом токов.
Условием возникновения резонанса токов является равенство реактивной индуктивной проводимости B L и реактивной емкостной проводимости В С :
B L = B C .
Поскольку B L = 1/X L и B C = 1/X С , то при условии их равенства вытекает равенство индуктивного X L и емкостного X С сопротивлений:
Х L = Х C ,
которое также является условием возникновения резонанса токов в цепи с параллельным соединением L,C –элементов
Характерные особенности цепи синусоидального тока при резонансе токов.
1. Так как B L = B C , то при резонансе токов, как следует из (3.88) полная проводимость Y рез равна активной проводимости G и принимает минимальное значение:
= G. (3.89)
2. В то же время, полное сопротивление этой цепи при резонансе токов имеет максимальное значение, равное активному сопротивлению:
Z рез = 1/Y рез = 1/G = R . (3.90)
3. Так как Z рез = max, а Y рез =min, то при резонансе ток в неразветвленной части цепи, т.е. полный ток I имеет минимальное значение:
I рез = U /Z рез = Y рез U = GU . (3.91)
Это свойство позволяет обнаруживать резонанс токов в цепи синусоидального тока с параллельными L ,C -элементами при изменении частоты ω или параметров L и C .
4. Так как при резонансе B L = B C , I рез = GU , то действующее значение токов в ветвях с индуктивным и емкостным элементами (рис. 3.39), т.е. реактивные токи I L и I C , равны по модулю и могут превышать ток в неразветвленной части цепи в B L /G раз (если B L = B C > G ):
I L = I C ; (3.92)
I L = B L U = B L I рез /G , (3.93а)
I C = B C U = B C I рез /G . (3.93б)
При этом угол сдвига фаз между токами равен p = 180°, так как в индуктивном элементе ток отстает от напряжения по фазе на угол p/2 , а ток в емкостном элементе опережает напряжение на тот же угол.
Действующее значение тока I R в ветви с резистивным элементом R (рис. 3.39), т. е. активная составляющая тока при резонансе токов, равна току в неразветвленной части цепи:
I R = I а = I рез. (3.94)
Многократное усиление токов в параллельных ветвях с индуктивным L и емкостным С элементами при неизменном общем токе в неразветвленной части цепи является важной особенностью резонанса токов и широко используется в радиотехнических устройствах и установках автоматики.
5. Так как при резонансе токов угол сдвига фаз между напряжением и током в неразветвленной части цепи равен нулю (j = 0), то коэффициент мощности такой цепи равен единице:
cos j = I R /I = P /S = G /Y = R /Z = 1. (3.95)
Из выражения (3.41) следует, что полная мощность при резонансе токов равна активной мощности:
S = YU 2 = GU 2 = P . (3.96)
6. Так как при резонансе токов B L = B C , Q L = B L U 2 и Q C = B C U 2 , то
Q L = Q C , (3.97)
т.е. при резонансе токов реактивная индуктивная мощность равна реактивной емкостной мощности.
Это означает, что при резонансе токов, как и при резонансе напряжений (см. разд. 3.3), происходит обмен энергиями между энергией магнитного поля катушки индуктивности и энергией электрического поля конденсатора, но источник питания в этом обмене не участвует.
Полная реактивная мощность цепи при резонансе токов Q рез, равная разности реактивной индуктивной Q L и реактивной емкостной Q C мощностей, равна нулю:
Q рез = Q L – Q C = 0. (3.98)
Равенство нулю реактивной мощности Q рез рассматриваемой цепи вытекает также из равенства нулю угла сдвига фаз между напряжением и током (j=0) в неразветвленной части цепи:
Q рез = UIsin j = UIsin 0˚ = 0. (3.99)
При этом реактивная индуктивная Q L и реактивная емкостная Q C мощности могут, как и реактивные токи (см. п. 4), приобретать большие значения, оставаясь равными друг другу.
Резонанс токов находит широкое применение в промышленных электрических установках (асинхронных двигателях, сварочных установках и др.) для повышения их коэффициента мощности (cos j). Повышение коэффициента мощности индуктивных потребителей электрической энергии обеспечивается параллельным подключением к ним батареи конденсаторов емкостью С . В этом случае реактивная емкостная мощность конденсаторной батареи Q C уменьшает общую реактивную мощность установки Q , так как
Q =½Q L – Q C ½, (3.100)
и, тем самым, увеличивает коэффициент мощности cosj, что приводит к уменьшению тока в проводах, соединяющих потребитель с источником электрической энергии .
На рис. 3.40 построена векторная диаграмма токов и напряжения для режима резонанса токов схемы цепи рис. 3.39.
Рис. 3.40. Векторная диаграмма токов и напряжения для режима резонанса
токов при параллельном соединении R,L,C –элементов
При построении этой диаграммы необходимо учитывать характерные особенности режима резонанса токов: I = I a , j = 0, I L = I C , т.е. ток в неразветвленной части цепи при резонансе токов равен активной составляющей тока I = I P = I a и имеет минимальное значение. Угол сдвига фаз между напряжением и током равен нулю: j = 0.
Отсюда следует, что вектор тока совпадает по фазе с вектором напряжения .
Токи в параллельных ветвях с реактивными проводимостями B L и B C равны по модулю и противоположны по фазе:
½ ½=½- ½ (3.101)
и могут значительно превышать полный ток, т.е. ток в неразветвленной части цепи:
I L = I C >> I , если B L = B C >> G .
Вектор тока опережает вектор напряжения на угол p/2 а вектор тока отстает от вектора напряжения на угол p/2. Вектор полного тока находят путем геометрического сложения векторов , и . При резонансе вектор полного тока совпадает по фазе с вектором напряжения (рис. 3.40).
Простейшей электрической цепью, в которой может наблюдаться в лабораторных условиях резонанс токов является цепь с параллельным соединением катушки индуктивности L K и батареи конденсаторов емкостью С . Реальная катушка индуктивности обладает активным R K сопротивлением провода и индуктивным сопротивлением X L собственной индуктивности L . Поэтому рассматриваемую цепь синусоидального тока с двумя параллельными ветвями можно представить в виде схемы замещения, показанной на рис 3.41.
Рис. 3.41. Схема замещения с катушкой индуктивности
и конденсатором для исследования резонанса токов
Как было выше сказано, условием резонанса токов является равенство реактивных проводимостей ветвей цепи B L = B C . Реактивная индуктивная проводимость B L катушки индуктивности с параметрами – R K , X L и реактивная емкостная проводимость В С батареи конденсаторов определяются по формулам :
; (3.102)
. (3.103)
Приравнивая индуктивную и емкостную проводимости, условие резонанса токов можно записать в виде:
, или 
, (3.104)
где w = w рез – резонансная угловая частота.
Из этого выражения следует, что резонанс токов для цепи (рис. 3.41) можно получить, изменяя параметры R K , L , C и w . В данной работе резонанс токов получается путем изменения емкости С батареи конденсаторов при постоянстве других параметров цепи.
Векторная диаграмма напряжения и токов для режима резонанса токов схемы рис. 3.41 построена на рис. 3.42.
Рис. 3.42. Векторная диаграмма токов для цепи с катушкой индуктивности
и конденсатором в режиме резонанса токов
Так как при резонансе токов B L = B C , то реактивная составляющая тока ветви с катушкой индуктивности равна по модулю и противоположна по знаку реактивному емкостному току ветви с конденсатором:
I КР = -I C .
Поэтому полный реактивный ток цепи в рассматриваемом случае равен нулю:
I P = ½I КР -I C ½= 0. (3.105)
Ток в неразветвленной части цепи (рис. 3.41), т.е. полный ток в цепи при резонансе токов равен активной составляющей тока и совпадает с ней по фазе (рис. 3.42):
= , (3.106)
а вектор тока на векторной токов (рис. 3.42) совпадает по направлению с вектором входного напряжения.
Полная проводимость цепи синусоидального тока с параллельным соединением реальной катушки индуктивности и батареи конденсаторов (рис. 3.41) определяется по формуле:
Y = 
. (3.107)
Причем из (3.103) видно, что реактивная емкостная проводимость В С пропорциональна емкости С батареи конденсаторов.
Активная Р , реактивная Q и полная S мощности для цепи с параллельными ветвями определяются по формулам (3.108) − (3.110) и, с учетом особенностей схемы рис. 3.41, равны:
Р = Р К = UIcos j = UI Ка = R К = GU 2 , (3.108)
Q = UIsin j = UI КР = X = BU 2 , (3.109)
S = UI = YU 2 = . (3.110)
В режиме резонанса токов эти мощности будут равны:
Р рез = UI = UI Ка = R К = GU 2 , (3.111)
Q рез = 0, (3.112)
S рез = Р рез. (3.113)
Кривые, выражающие зависимость проводимостей, токов, мощностей и коэффициента мощности от емкости батареи конденсатора называются резонансными кривыми .
На рис. 3.43 приведены резонансные кривые (P , Q , S , I , cos j) = f (C ), построенные в общем виде при U = const и w = 2pf = const .
Анализ этих зависимостей показывает, что при увеличении емкости батареи конденсаторов С полная мощность S сначала уменьшается, достигает минимума в режиме резонанса и становится равной активной мощности Р , а затем снова возрастает с увеличением емкости, в пределе стремясь к бесконечности.
Активная мощность Р К, выделяемая на активном сопротивлении провода катушки индуктивности, не зависит от емкости конденсатора в другой ветви цепи и остается постоянной.
Реактивная мощность Q с увеличением емкости батареи конденсаторов снижается, становясь равной нулю в режиме резонанса, а затем возрастает.
Коэффициент мощности cos j изменяется с изменением емкости С в обратном порядке: сначала с увеличением емкости коэффициент мощности возрастает, достигая максимума равного единице в режиме резонанса, а затем уменьшается, в пределе стремясь к нулю.
Полная проводимость цепи Y (на рис. 3.43 не показана) , как и полная мощность S , сначала уменьшается, достигает минимума в режиме резонанса, а затем снова возрастает с увеличением емкости С , в пределе стремясь к бесконечности.
Ток в неразветвленной части цепи пропорционален полной проводимости
(I = YU
). Поэтому характер его изменения подобен характеру изменения полной проводимости Y
: сначала с ростом емкости конденсаторов ток I
уменьшается, а затем снова начинает увеличиваться.
Рис. 3.43. Резонансные кривые P, Q, S, I, cosj в зависимости от емкости С при
параллельном соединении катушки индуктивности и батареи конденсаторов
Таким образом, резонансные кривые позволяют установить минимальную полную и реактивную мощность, и наименьший ток в неразветвленной части цепи при максимуме коэффициента мощности, равном единице, когда в цепи с параллельным соединением катушки индуктивности и батареи конденсаторов возникает резонанс токов.
Однако повышение коэффициента мощности выше 0,95 обычно не предусматривается, так как это связано со значительным увеличением емкости батареи конденсаторов.
Лабораторная работа делится на четыре части:
1. Подготовительная часть.
2. Измерительная часть (проведение опытов и снятие показаний приборов).
3. Расчетная часть (определение расчетных величин по формулам).
4. Оформительская часть (построение векторных диаграмм).
Примечание
Электромонтажные работы по исследованию резонанса токов в цепи с параллельным соединением R,L,C -элементов на модернизированном лабораторном стенде ЭВ-4 не проводятся , в отличие от работ на старых стендах (см. в – Работа 3а, п.2. Электромонтажная часть).
1.Подготовительная часть
Подготовка к проведению лабораторной работы включает:
1. Изучение теоретической части настоящего пособия и литературы , относящихся к теме данной работы.
2. Предварительное оформление лабораторной работы в соответствии с существующими требованиями .
В результате предварительного оформления лабораторной работы №3б в рабочей тетради или журнале студентом должен быть заполнен титульный лист, в работе должны быть указаны название работы и ее цель, приведены основные сведения по работе, взятые из раздела выше и формулы, необходимые для вычисления расчетных величин, представлены принципиальные и эквивалентные схемы замещения, заготовлены таблицы, соответственно числу опытов в работе.
Кроме этого, должно быть оставлено свободное место для построения векторных диаграмм.
2. Измерительная часть
Необходимые измерения параметров цепи однофазного тока с параллельным соединением электроприемников и исследования резонанса токов проводятся с помощью принципиальной схемы рис. 3.44. Данная схема соответствует панели модернизированног стенда ЭВ-4 с аналогичной мнемосхемой и цифровыми (рис. 3.45)
Рис. 3.44. Принципиальная схема цепи синусоидального тока
с параллельным соединением катушки индуктивности
и батареи конденсаторов для исследования резонанса токов
1. Перед подачей питания к исследуемой цепи на панели стенда с мнемосхемой и цифровыми измерительными приборами (рис. 3.45) перевести все выключатели (S 1 ÷ S 5 , S" 1 , S" 2), в нижнее положение (состояние – «откл»).
2. Подключить лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), установленный на горизонтальной панели блока питания (рис. 3.46) к сетевому напряжению (~220 В), нажав черные кнопки «вкл» выключателей. При этом загораются две сигнальные лампы «сеть». После этого нужнообязательноповернуть ручку регулятора ЛАТРАа против часовой стрелки до упора , тем самым, снизив напряжение на его выходе до нуля.
Рис. 3.45. Паналь стенда с цифровыми измерительными приборами и
мнемосхемой для лабораторой работы 3а «Однофазная цепь
с параллельно соединенными электроприемниками.
3. Отключить батарею конденсаторов С нажатием соответствующей черной кнопки выключателя справа от конденсаторов на панели №4 стенда с мнемосхемой рис. 3.47.
4. Подать регулируемое напряжение от ЛАТРа ко входу исследуемой цепи и подключить цифровые измерительные приборы, установив на панели стенда с мнемосхемой кнопки выключателей (S 1 ÷ S 6 , S" 1 ÷ S" 6) в положение «вкл» кроме выключателя S 3 (резистор R во всех опытах должен быть отключен). При этом должны засветиться зеленые цифры на электроизмерительных приборах.
5. Плавным поворотом по часовой стрелке ручки регулятора ЛАТРа (рис. 3.46) установить напряжение U на входе цепи порядка 50 ÷ 80 В, контролируя его цифровым вольтметром V (прибор ЩП02М, установленный слева на панели стенда – рис. 4.45). Следует поддерживать установленное напряжение постоянным во всех опытах с помощью ЛАТРа.
6. В процессе исследования цепи с параллельно соединенными катушкой индуктивности и батареей конденсаторов провести 7 опытов с различной емкостью батареи конденсаторов (величины емкостей для каждого опыта указаны в табл. 3.9) нажатием соответствующих кнопок выключателей на панели №4 стенда (рис. 3.47), постепенно увеличивая емкость с нуля до 120 мкФ. Перед подключением дополнительных конденсаторов в каждом опыте нужно обязательно отключить исследуемую цепь от источника питания (выхода ЛАТРа), переведя выключатели (S 1 , S" 1) в нижнее положение «откл», а перед проведением замеров вновь подключить к напряжению питания цепь с помощью тех же выключателей.
7. Во всех опытах измерить входное напряжение U , потребляемую активную мощность Р и протекающий по цепи ток I , соответственно цифровыми измерительными приборами: вольтметром V , ваттметром W и амперметром А (см. принципиальную схему на рис. 3.44 и панель стенда на рис. 3.45).
8. Напряжение на батарее конденсаторов U С и напряжение на катушке индуктивности U К с параметрами R K , L K измерить цифровыми вольтметрами, соответственно V C и V K , установленными на панели стенда (рис. 3.45).
9. Полученные результаты измерений каждого опыта занести в табл. 3.9.
10. В конце измерительной части данной работы нужно отключить исследуемую цепь от источника питания и сам блок питания от силового щитка с помощью выключателей S 1 и S 1 " на панели с мнемосхемой (рис. 3.46). Сообщить преподавателю об окончании измерений и приступить к вычислениям параметров цепи.
Рис. 3.46. Панель блока питания лабораторного стенда
Рис. 3.47. Панель №4 стенда с мнемосхемами батареи конденсаторов
и катушки индуктивности
