№ 57 (1115562), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Это легкопонять, если представить бесконечно протяжѐнный соленоид, состоящий из двухравных частей. Так как магнитная индукция на границе раздела является суммойвклада от обеих частей, то каждая из частей даѐт вклад, равный 0,5 B .Рис. 7б. К расчету магнитной индукции.7. Экспериментальное определение магнитной индукцииСуществует много методов измерения магнитной индукции илинапряжѐнности магнитного поля. В данной работе для этой цели используетсяиндукционный метод, в основе которого лежит закон электромагнитной индукцииФарадея. В качестве индукционного датчика магнитной индукции используетсяодно- или много- витковый контур (плоская катушка из проводника).
Если такойдатчик расположен в области с отличной от нуля магнитной индукцией, то через9его площадь (ограниченную контуром датчика) проходит поток магнитнойиндукцииФ BS cos .(21)где- угол между вектором B и нормалью к поверхности S , S - величинаповерхности (поперечное сечениеконтура датчика). Если при этом происходитизменение магнитной индукции B или ориентации плоскости контура датчика, тов соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, в контуре датчикавозникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, равнаяdФ.dt(22)При исследовании магнитных полей различных токовых систем наисследуемый контур подаѐтся переменное напряжение и по контуру протекаетток, изменяющийся по гармоничному закону I I m cos t .
По такому же законубудет изменяться магнитная индукция, создаваемая контуромB(t )(23)Bm cos t.Если в качестве индукционного датчика используется многовитковаякатушка, содержащая N витков с диаметром обмотки d , еѐ эффективное сечениеd2. Так как при измерениях индукции ось катушки датчика4ориентируется вдоль вектора магнитной индукции B , то поток магнитнойиндукции через датчик равен Ф NSB ( 0, cos 1) а ЭДС индукции,равно NSSвозникающая в датчике с учѐтом (22), (23), равна(f)NSdBdtNS Bm sin t ,где( - линейная частота переменного тока в проводнике), а NS Bm2амплитудное значение ЭДС индукции.(24)m-Таким образом, измерение m позволяет экспериментально исследоватьраспределение магнитной индукции Bm вокруг проводника с переменным током.Из (24) следует, чтоBmNS2NS.(25)При этом, если m измерена в вольтах,- в герцах, S - в квадратныхметрах, то магнитная индукция получается в единицах Тесла (Тл).
причѐм1 Тл = 10 4 Гс (Гаусс).10УСТАНОВКА, ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИПрактическая часть работ №№ 57, 58, 59 выполняется на многофункциональном лабораторном комплексе ЛКЭ-1 (рис. 8). Используютсяследующие элементы комплекса:1. Многовитковый контур Ln для моделирования системы трѐхпрямолинейных проводников с током (вертикальные участки контура, рис. 8, 13,14). Контур содержит N = 100 витков и имеет прямоугольную форму: высотаконтура 2l = 25 см, длина 2 L = 60 см.
Контур состоит из двух секций,намотанных непрерывно (по принципу восьмѐрки), стрелками показанонаправление токов в различных участках контура. Используется в работе № 57.2. Многовитковый кольцевой контур Lk для моделирования кругового тока(рис. 8, 15). Контур представляет собой плоскую катушку с диаметром обмоткиD = 70 мм, число витков N = 400. Используется в работе № 58.3. Два соленоида L1 и L2 соосно закрепленных на стойках с небольшим( ~ 1 см) зазором между ними.
Включѐнные последовательно, они позволяютмоделировать бесконечно протяженный соленоид ( d 1 ) (рис. 8, 16). Параметрыобоих соленоидов идентичны: длина обмотки l = 120 мм, число витков в каждомN = 422, средний диаметр обмотки d = 52 мм. Используются в работе № 59.Рис. 8. Общий вид ЛКЭ-1. 1 - индукционный датчик электромагнитной индукции (ЭМИ) D1 с лимбом; 2 горизонтальная штанга; 3- стопорный винт; 4 - коаксиальный кабель от датчика D1 ; 5 - прямоугольный контурLn , (модель прямолинейного тока): 6 - кольцевой контур Lk (модель кругового тока); 7 - соленоиды; 8 - плоскийдатчик ЭМИ D2 (в работах №№ 57, 58, 59 не используется); 9- параллельный рейтер; 10- перпендикулярныйрейтер; 11 - панели с набором радиокомпонентов (резистор R = 1 ом расположен на правой панели); 12 генератор ГСФ-1 (рис.
9); 13 - осциллограф С1-131/1 (рис. 10).114. Датчик электромагнитной индукции D1 . Датчик представляет собойкатушку, закреплѐнную на вертикальной оси таким образом, что ось катушкиможет поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол 90о . Угол поворотафиксируется по лимбу (рис. 8). Датчик укреплѐн на горизонтальной штанге, длинакоторой может регулироваться, и фиксируется стопорным винтом на подставке.Подставка устанавливается на один из рейтеров, параллельный (вдоль осисоленоидов или кольцевого контура) или перпендикулярный (при измерениииндукции прямолинейного тока).
Оба рейтера имеют шкалу, по которойфиксируется положение датчика относительно токовой системы. Параметрыкатушки датчика D1 длина l = 10 мм, число витков N1 = 250, диаметр обмоткиd1 = 18 мм.5. Точный резистор R = 1,0 Ом с отклонением по номиналу1% ,смонтированный на отдельной панельке с клеммами. Два коаксиальных кабеля сразветвлѐнными концами, соединительные провода с простыми икомбинированными штекерами. Комбинированный штекер (штекер с гнездом)используется в точках, где на схеме имеются узлы. (Узел - точка, в которойсходятся три или более проводников)6. Генератор сигналов функциональный ГСФ-1, рис.
9. Осциллографдвухканальный С1-13I/1, рис. 10.Элементыиприборыкомплекса ЛКЭ-1, перечисленные впп. 4-7,используютсяпривыполнении всех трѐх работ(57, 58, 59). После того, как собранасоответствующаяконкретнойРис.9. Генератор ГСФ-I. 1 - включение прибора, 2 индикатор включения, З - плавная установка частоты. 4 кнопки трѐх, десяти и стократного увеличения частоты; 5- световое табло индикации установленного значениячастоты (с учѐтом выбранной кратности), 6 - сброспоказаний табло, 7 - установка режима работыгенератора как источника переменного токасинусоидальной формы, 8 - установка выходногонапряжения (тока) прямоугольной формы, 9 - установкавыходного напряжения (тока) пилообразной формы, 10 клеммы (гнезда) выходного напряжения, 11 - плавнаярегулировка напряжения (тока) на выходе.задаче схема (рис.
13, 15, 16),необходимо включить приборы(генератор и осциллограф).ВНИМАНИЕ!Так как все измеренияосуществляютсяспомощьюгенератора и осциллографа, топередвключениемприборовследует внимательно ознакомиться с назначением их органов управления(рис.
9, 10) и перевести их в исходное состояние, т.е. установить режим работыприборов, необходимый для проведения эксперимента. По ходу выполненияэксперимента режим работы приборов может корректироваться.Задание режима работы генератора производится в следующем порядке. Плавныерегулировки частоты и выходного напряжения повернуть в крайнее левоеположение (против часовой стрелки). Кнопки с символами «х100») и «ток»должны быть в нажатом (утопленном) положении, остальные кнопки остаются всвободном (отжатом) состоянии.12В этом режиме генератор работает как источник стабильного по амплитуде(или по эффективному значению) тока поддерживая его неизменным приизменении частоты или сопротивления нагрузки.
Напомним, что сопротивлениеконтура переменному току прямо пропорционально частотепеременногонапряжения и индуктивности L контура и равно L .Аналогичным образом устанавливается режим работы осциллографа.Кнопки с символами « Y1 », « Y2 », « », «SEXT», «» обязательно перевести вmSINTнажатое (утопленное) состояние, остальные кнопки перевести в отжатое(свободное) состояние. Установить диапазон измерений по обоим каналам mV ,масштаб (цена деления по Y ) на обоих каналах 100 mV /дел (см. рис. 11, а).Установить длительность развертки по оси Х (частота генератораразвертки) равную 2 mS / дел (рис.
11, б).Подсоединитьприборыкисточнику питания, т.е. вставитьвилку кабеля питания в розетку снапряжением 220 В. После этогоможно включить приборы и дать импрогреться в течение 2-3 мин. Послепоявления на экране осциллографалучей, регулировкой вертикальногосмещения лучей установить лучпервого канала ( Y1 ) на два деленияРис.
10. Осциллограф С 1-131/1. 1 - включение приборавыше центральной линии, второго(индикатор в кнопке), 2 - вход первого канала ( Y1 ), 3 канала ( Y2 ) - на два деления нижевход второго канала ( Y2 ), 4 - установка диапазона(рис. 12, а). В случае необходимостиизмеряемых напряжений (В, мВ) по Y1 и Y2 ,скорректироватьяркостьисоответственно, 5 - установка чувствительности по Y1 ифокусировкулучейY2 , соответственно (см. рис. 11), 6 - установкасоответствующими регулировками.длительности развертки по Х , 7 - установка диапазонаПлавной регулировкой частотыразвертки по Х в мкс или мс ( mS / S ), 8 синхронизация (запуск развертки по Х ) внешняя илигенератораустановитьчастоту,внутренняя ( EXT / INT ), 9 - инверсия (сменаравную100 Гц.Приэтомполярности) напряжения на первом канале, 10, 11 необязательно добиваться установкивключение яркости первого ( Y1 ) и второго ( Y2 ) луча,значения частоты точно 100 Гц,соответственно, 12, 13 - смещение первого ( Y1 ) ивполне достаточно, если значениевторого ( Y2 ) луча по вертикали, соответственно, 14 частоты на табло будет лежать всмещение развертки обоих каналов (картинки) попределах 90-110 Гц.
Однако пригоризонтали, 15 - регулировка уровня синхронизации (попроведении измерений обязательноY1 или Y2 ), 16 - включение режима XY (развертка порегистрировать и заносить в таблицуХ осуществляется напряжением первого канала), 17 фокусировка лучей, 18 - регулировка яркости лучей, 19 те значения частоты, которыеэкран. Назначение остальных органов управления, неотображаются на табло.используемых в работе, не указывается.Измерения могут проводитьсяи на более высоких частотах.
Для этого необходимо нажать кнопки генератора ссимволами «х10» и «х100», и плавной регулировкой частоты установить значение13Рис. 11а) Переключение диапазоновV , mV (справа) ичастоты от 100 до 1000 Гц. При этом необходимосоответственно уменьшить длительность разверткиХ.поПлавнойрегулировкойвыходногонапряжения генератора устанавливается такоенапряжение на выходе (ток в цепи нагрузки), прикотором удвоенное значение амплитуды напряженияна первом канале не превышает 3-4 делений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
