№ 63 (Методические разработки к лабораторным работам), страница 2

Схема контуров и подключения их выводов показана на рис.6,б. Выводы i-го контураподключены к клеммам сномерами i и i+1.4.ТочныйрезисторR 1,0 Ом с отклонениемпо номиналу,1%смонтированныйнаотдельнойпанелькесклеммами.Двакоаксиальных кабеля сразветвленнымипроводниками,соединительные провода спростымиикомбинированнымиштекерами.Комбинированный штекер(штекерсгнездом)используется в точках, гдена схеме имеются узлы.(Узел - точка, в которойсходятся три или болеепроводников.)5.

Генератор сигналов функциональный ГСФ-1, рис. 7.6. Осциллограф 2-канальный С1-131/1, рис. 8.Внимание!Так как все измерения в настоящей работе осуществляются с помощью этихдвух приборов, необходимо внимательно ознакомиться с назначением органовуправления, расположенных на их лицевых панелях, рис. 7-9.ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫВынуть из зазора между соленоидами плоский датчик D2 .

Установитьдатчик D1 на рейтер, расположенный вдоль оси соленоидов (рис. 6). Повернутькатушку датчика D1 так, чтобы ее ось совпадала с осью соленоидов ( 0 налимбе). Перемещая подставку датчика D1 по рейтеру, вдвинуть датчик всоленоиды так, чтобы он оказался между ними. При этом риска на подставке9датчика должна оказаться на делении 456 мм. по шкале рейтера. Коаксиальныйкабель с датчика D1 (синий) подключить к разъему входа второго каналаосциллографа Y2 .Собрать схему, как показано на рис.

10.При этом для того, чтобы магнитное поле в обоих соленоидах былонаправлено в одну и ту же сторону, необходимо нижнюю (вторую) клеммулевогосоленоидасоединитьсверхней(первой)клеммойправогосоленоида. Принесоблюденииэтого условиямагнитное полевобластизазора будет равно нулю.В узлах схемы использовать комбинированные штекеры (с гнездами), чтопозволяет в этих точках подсоединять более одного проводника. Напряжение срезистора R посредством коаксиального кабеля (белого) подать на разъем входапервого канала осциллографа Y1.Перед включением приборов следует внимательно ознакомиться сназначением их органов управления (рис.

7,8) и перевести их в исходноесостояние, т.е. установить режим работы приборов, необходимый дляпроведения эксперимента. По ходу выполнения эксперимента режим работыприборов может корректироваться.Задание режима работы генератора производится в следующем порядке.Плавныерегулировкичастотыивыходногонапряженияповернутьвкрайнеелевоеположение(против часовойстрелки). Кнопки с символами « 100 » и «ток» должны быть в нажатомположении, остальные кнопки остаются в свободном (отжатом) состоянии.В этом режиме генератор работает как источник стабильного по амплитуде(или по эффективному значению) тока, поддерживая его неизменным приизменении частоты или сопротивления нагрузки.Напомним, чтосопротивление соленоида переменному току прямо пропорционально частотепеременного напряжения и индуктивности L соленоида и равно L .10Аналогичным образом устанавливается режим работы осциллографа.Кнопки с символами «Y1», «Y2», « », «SmS», «EXTINT» перевести в нажатоесостояние, остальные кнопки перевести в отжатое (свободное) состояние.Установить диапазон измерений по обоим каналам mV, масштаб (цена деленияпо Y) на первом канале 100 mV/дел, на втором канале - 10 mV/дел.

(см. рис. 8, ).Установить длительность развертки по оси X (частота генератора развертки)равную 2 mV/дел. (рис. 9).Подсоединить приборы к источнику питания, т.е. вставить вилку кабеляпитания в розетку с напряжением 220В. После этого можно включить приборыи дать им прогреться в течение 2-3 мин.

После появления на экранеосциллографа лучей, регулировкой вертикального смещения лучей установитьлуч первого канала (Y1) на два деления выше центральной линии, второгоканала (Y2) - на два деления ниже (рис. 11a). В случае необходимостискорректировать яркость и фокусировку лучей соответствующимирегулировками.Плавной регулировкой частоты генератора установить частоту, равную 100Гц.

При этом необязательно добиваться установки значения частоты точно 100Гц, вполне достаточно, если значение частоты на табло будет лежать в пределах90-110 Гц. Однако при проведении измерений обязательно регистрировать изаносить в таблицу те значения частоты, которые отображаются на табло.Плавной регулировкой выходного напряжения генератора устанавливаетсятакое напряжение на выходе (ток в цепи нагрузки), при котором удвоенноезначение амплитуды напряжения на первом канале не превышает 3-х делений.Это соответствует примерно одному делению на лимбе плавной регулировкивыходного напряжения генератора.Все измерения напряжений в настоящей работе осуществляются с помощьюосциллографа следующим образом. Определяется расстояние по оси Y междуминимальным и максимальным значениями напряжений U в делениях шкалыэкрана осциллографа.Чтобы получить истинное значение измеряемогонапряжения в вольтах (милливольтах), надо измеренное значение U вделениях шкалы умножить на цену деления (чувствительность), установленную11на данном канале.

Для повышения достоверности результатов измеренийможно использовать методику, суть которой поясняет рис. 11,б.Используя регулировку вертикального смещения луча, устанавливают двасоседних минимума (или два соседних максимума) на ближайшуюгоризонтальную линию. Регулировкой горизонтального смещения лучей(вправо-влево) совмещают максимум между соседними минимумами (минимуммежду соседними максимумами) с центральной вертикальной линией экрана.Этот прием существенно упрощает считывание показаний. Более того, такимобразом можно переместить участок кривой, на котором производятсяизмерения, в центр экрана, что позволит перейти на более высокуючувствительность (уменьшить цену деления шкалы).

Однако, при такомувеличении участка кривой U не должно превышать 6-7 деленийПри проведении измерений следует обратить внимание на дваобстоятельства. Во-первых, измеренное таким образом значение U равноудвоенному амплитудному значению переменного напряжения. Во-вторых,шкала экрана осциллографа позволяет измерять напряжение с точностью до 0,1деления (половина наименьшего деления шкалы), т.е.

погрешность такихизмерений довольно велика.Упражнение 1НАБЛЮДЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙИНДУКЦИИ1.1. Наблюдение ЭМИ при гармоническом изменении тока всоленоидеПосле выполнения описанных выше операций по установке режима работыгенератора на его выходе генерируется переменное напряжение. При этом вцепи нагрузки (последовательно включенных резистора R и соленоида L)возникает переменный ток, изменяющийся по гармоническому законуI I 0 cos t .Как известно, магнитное поле в соленоиде прямо пропорционально току:B ~ I.

С другой стороны, падение напряжения на резисторе R такжепропорционально току: U R IR . Следовательно, зависимость от временинапряжения U , наблюдаемая на первом канале осциллографа, с точностью допостоянного множителя повторяет зависимость от времени магнитнойиндукции соленоида B(t ) B0 cos t .В соответствии с законом Фарадея (2,3) в катушке датчика ЭМИ D1возникает ЭДС индукцииdBdФN1S1BN1S1 sin t .(8)dtdtЗарисовать и объяснить наблюдаемые зависимости U 1 (t ) и U 2 (t ) .Перевести осциллограф в режим работы XY (нажать кнопку с символом XY).В этом режиме работы осциллографа развертка по оси X обеспечивается не12внутренним генератором развертки, а напряжением, поступающим на первыйканал Y1.

При этом на экране появятся фигуры Лиссажу вследствие сложенияперпендикулярно направленных колебаний. Зарисовать наблюдаемые картины.Анализируя полученные раннее зависимости U1(t), U2(t), сложение которыхи приводит к наблюдаемым фигурам Лиссажу, определить сдвиг фаз междуU1(t) и U2(t).Вернуться к исходному режиму работы осциллографа (отжать кнопку XY) ипроизвести следующие измерения:U1U2n1дел.

100mV ...n2 дел. 10mV ...... Гц1.2. Наблюдение ЭМИ при импульсном изменении токасоленоида (импульс прямоугольной формы)Перевести генератор в режим генерирования импульсов токапрямоугольной формы. Для этого надо нажать (утопить) кнопку с символом«». При этом ток в соленоиде за очень короткое время t (скачком) будетменять направление (знак) от -I до +I и в течение полупериода импульса будетоставаться постоянным. Точно так же будет меняться индукция магнитногополя в соленоиде, и в соответствии с законом Фарадея (2,3) ЭДС индукции вдатчике.Зарисовать и объяснить наблюдаемые зависимости U1(t) и U2(t).1.3. Наблюдение ЭМИ при пилообразном изменении тока всоленоидеДля перевода генератора в этот режим работы надо отжать кнопку ссимволом «» и нажать кнопку с символом «».

При этом ток всоленоиде будет в течение полупериода изменяться отI max доI max спостоянной скоростью. По такому же закону будет изменяться индукциямагнитного поля в соленоиде. Следовательно, в соответствии с закономФарадея (2,3) в течение этого интервала времени ЭДС индукции должнаоставаться постоянной.Зарисовать и объяснить наблюдаемые зависимости U1(t) и U2(t).Измерения:U1U2n1дел. 100mV ...n2 дел. 10mV ......

Гц1.4. Расчет индукции магнитного поля соленоидаПри вычислении величины амплитудного значения индукции магнитногополя соленоида используются следующие величины и параметры:S1 - площадь витка катушки датчика ЭМИ D1 , S1 d12 4 м 2 .d1 - диаметр катушки датчика, d1 18 мм 0,018 м .N1 – число витков катушки датчика, N1 250 .U 2 2 Вольт .εm – амплитудное значение ЭДС индукции, εm13U 1 2 R a , R 1,0 Ом .Im – амплитудное значение тока в соленоиде, I m- частота переменного тока в соленоиде [Гц].2рад .- круговая (угловая) частота,T – период переменного тока, T 1 c .В СИ величина индукции магнитного поля измеряется в теслах:1Тесла=104 Гаусс. Гаусс – единица измерения магнитной индукции вэлектромагнитной (гауссовой) системе единиц.По результатам измерений в пункте 1.1 амплитудное значение магнитнойиндукции рассчитывается по формулеm,(9)N1S1которая получается из соотношений (3-5).1) Bm ...