МУ-Э-61 (1003805), страница 4
Текст из файла (страница 4)
(7)), которая связывает число делений n регистрирующего прибора калориметрас теплотой калориметра Qкал.Градуировка производится по схеме рис. 12. Конденсатор емкости C = 22 мкФ заряжаютзарядкаразрядкаA«ток»ИСТКТСХСVРНТРРис. 12. Градуировка калориметрадо напряжения U и разряжают через нагреватель калориметра, в котором электрическая энергияконденсатора Wэ = CU2 /2 полностью переходит в теплоту Qкал. После разряда конденсаторапроизводят отсчет показания калориметра n и находят коэффициент k из формулыQкал = CU2 /2 = k n.(9)Порядок выполнения задания.1 Подготовить табл. 3.Таблица 3Градуировка калориметраU, ВWэ = CU2 / 2, Джn, делk, Дж/дел<k> = …, Дж/дел2. Электрическую схему для градуировки (рис.
12) собрать с использованием узла «Задание 4. Градуировка калориметра». Узел содержит конденсатор емкости C = 22 мкФ (микрофарад), переключатель «ЗАРЯДКА / РАЗРЯДКА» и разъемы.Соединить кабель блока питания с разъемом «ПИТАНИЕ», а нагреватель калориметра с разъемом «КАЛОРИМЕТР».173. Установить переключатель в положение «ЗАРЯДКА». Включить тумблер «ТОК» блока питания. Установить напряжение U блока примерно 20 В. Напряжение равно сумме показаний двух вольтметров.
Результат измерения U записать в табл. 3.4. Установить нуль калориметра.5. Переключить тумблер в положение «РАЗРЯДКА», при этом конденсатор быстро разряжается через нагреватель калориметра. Измерить максимальное отклонение стрелки калориметра n, дел. Результат измерения записать в табл. 3.6. Повторить измерения п.п. 4 – 5.7.
Вычислить энергию конденсатора Wэ = CU2 / 2, Дж и коэффициент k по формуле (9).Вычислить среднее <k> из двух измерений, результаты записать в табл. 3.8. По результатам измерений n в задании 3 (см. табл. 2) вычислить по формуле (8) магнитную энергию Wм в джоулях, используя среднее значение <k>. Сопротивления: r = 351 Ом,R= 103 Ом. Результаты записать в табл. 2.Задание 5. Передача энергии в трансформатореТрансформатор (рис. 13) представляет собой устройство, предназначенное для преобра-CIIIRРис.
13. Трансформаторзования напряжения и силы переменного тока. Он имеет железный сердечник С замкнутойформы, который несет на себе две обмотки (катушки) – первичную I и вторичную II. Первичную обмотку подключают к сети питающего переменного тока, а вторичную – к потребителюэлектрической энергии. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитноеполе, сосредоточенное в сердечнике. Изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, которое служит причиной возникновения ЭДС во вторичной обмотке.В трансформаторе происходит передача энергии из одного контура в другой посредством магнитного поля. Цель данного задания – продемонстрировать это явление.Схема для выполнения задания показана на рис 14.
Трансформатор содержит две одинаковые катушки К1 и К2 на общем замкнутом железном сердечнике. Магнитное поле создают,18«ток»Разъём «калориметр 1»Разъём «калориметр 2»AКТРК1ИСТVСХК2Д1Д2ТрансформаторНТРРис. 14. Установка для изучения передачи энергии в трансформаторепропуская постоянный ток через первичную катушку. Благодаря большой магнитной проницаемости железа, магнитное поле и его энергия сосредоточены в сердечнике.
Калориметр можно подключить либо к первой катушке, либо ко второй.Когда калориметр подключен к первой катушке, диод Д1 не пропускает ток источникачерез калориметр, но пропускает ток самоиндукции, т. е. он выполняет ту же функцию, что и всхеме на рис. 9. Диод Д2 включен только для того, чтобы контуры первичной и вторичной катушки были одинаковыми для индукционных токов.В первом опыте нагреватель калориметра подключают к катушке К1, а вторичная цепьостается разомкнутой.
После отключения источника тока магнитная энергия переходит в теплоту в первом контуре, которую измеряют калориметром в числе делений n1 показывающегоприбора. Следовательно, в этом опыте измеряют магнитную энергию, запасенную в сердечнике, а сам опыт по содержанию не отличается от задания 3.Во втором опыте нагреватель калориметра отключают от первой катушки и присоединяют ко второй. Через первую катушку пропускают такой же ток. После отключения источникавозникающий индукционный ток циркулирует в том контуре, который замкнут, в данном случае – только во втором.
Выключив ток источника, измеряют калориметром теплоту n2 во втором контуре. Опыт покажет, выделится ли во втором контуре такая же энергия, которая былазапасена в магнитном поле тока первого контура.Порядок выполнения задания.1. Зарисовать в отчете схему на рис. 14.2. Ознакомиться с узлом «Задание 5. Передача энергии в трансформаторе». Он содержитбольшой трансформатор, гасящее сопротивление в цепи питания первичной катушки, два диодав пластмассовых корпусах и разъемы.193. Выключить тумблер «ТОК» блока питания и присоединить его разъему «ПИТАНИЕ».4. Нагреватель калориметра подключить к разъему «КАЛОРИМЕТР 1».5. Включить тумблер «ТОК» блока питания и установить ток примерно 60 мА.6.
Выключить тумблер «ТОК», измерить показание калориметра (n1) и записать его втабл. 4.Таблица 4Передача энергии в трансформатореn1n2 / n1n27. Подключить нагреватель калориметра к разъему «КАЛОРИМЕТР 2».8. Включить, а затем выключить тумблер «ТОК», измерить показание калориметра (n2).Результат измерения n2 записать в табл.
4.9. Вычислить отношение n2 / n1. Сделать выводы.Задание 6. Измерить индуктивность переменным токомИз результатов измерений в задании 3 можно найти индуктивность L катушки (см. ниже). Данное задание – контрольное. В нем индуктивность измеряют другим методом – переменным током (рис. 15), а совпадение результатов рассматривают в качестве доказательстваправильности калориметрических измерений энергии магнитного поля.Теория метода.
Рассмотрим прохождение переменного тока через катушку индуктивности L, активное сопротивление которой пренебрежимо мало (рис. 15, а). При изменении токавозникает ЭДС самоиндукции ε = - Ldi. Потенциалы φa и φb точек a и b связаны соотношениемdtφa+ ε= φb. Обозначим через U разность потенциалов точек a и b:U = φa - φb = - ε = Ldi.dtЕсли ток изменяется по гармоническому законуi = i0 sin ωt,напряжение равноU = i0 ω L cos ωt = i0 ω L sin (ωt+π/2).(10)Из сравнения двух последних выражений видно, что колебания напряжения на индуктивностиопережают по фазе колебания тока на π/2.Сопротивлением катушки индуктивности переменному току (индуктивным сопротивлением) XL называют отношение амплитуды напряжения U0 = i0 ω L к амплитуде тока i020ULabrabLUа)б)RaLrcbUR0Uв)Рис.
15. Электрические цепи с переменным токомXL = U0 / i0 = ωL.Индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности и частоте тока. Если L выражено в генри, а ω = 2πν = 2π /T – в с-1, то XL будет выражено в омах.Рассмотрим последовательное соединение индуктивности и сопротивления r, котороеможет быть как сопротивлением самой катушки постоянному току, так и добавочным сопротивлением (рис.
15, б). Напряжение U равно сумме напряжений на индуктивности (см. (10)) ина сопротивлении, равном ri0sin ωt. Складывая напряжения методом векторных диаграмм, получим выражение для амплитуды напряжения UU0 = i0 ((ωL)2 +r2)1/2 .(11)Схема для измерения индуктивности показана на рис. 15, в. Катушка с индуктивностьюL и сопротивлением r подключена к клеммам bc.
Последовательно с катушкой включено добавочное сопротивление R. Оба сопротивления известны. Измеряют напряжения U0 на катушке иUR0 – на сопротивлении R. Из напряжения UR0 находят амплитуду тока i0 = UR0/R и после подстановки в формулу (11) получают выражение для расчета индуктивностиL=1ωПорядок выполнения задания.21{( U0/UR0)2 R2 + r2}1/2 .(12)1. Составить конспект теоретической части, зарисовать схему на рис 15, в.2. Собрать электрическую схему, используя узел «Задание 6. Измерить индуктивность» вблоке №4. Катушку подключить к гнездам «КАТУШКА», вольтметр переменного тока с пределом 10 В присоединить к гнездам «UR0» (рис.
16).220~6L«КАТУШКА»Rarbc«UR0»«U0»VVРис. 16. Схема измерения индуктивности переменным токомСхема работает на переменном токе частотой ν = 50 Гц от небольшого понижающеготрансформатора с 220 В до 6 В.3. Включить понижающий трансформатор в сеть 220 В с помощью вилки.4. Измерить напряжение UR0 и записать результат в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
