Лабораторная работа № 15 (1175228)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ОглавлениеЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15 .............................................................................................................. 21. ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................... 22. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ .............................................................

33. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ............................................................................................. 5ЧАСТЬ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ И ЕЁ ЗАВИСИМОСТИОТ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ КАТУШЕК ...................................................................... 5ЧАСТЬ 2. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭДС ИНДУКЦИИ ОТ ЧАСТОТЫГЕНЕРАТОРА .......................................................................................................................................... 6ЧАСТЬ 3. ПРОВЕРКА НЕЗАВИСИМОСТИ ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ ОТЧАСТОТЫ Ν И НАПРЯЖЕНИЯ U ...................................................................................................

64. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ............................................................................... 6ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ВЗАИМОИНДУКЦИИ ОТ ПОЛОЖЕНИЯКАТУШЕК ................................................................................................................................................. 6ЗАВИСИМОСТЬ АМПЛИТУДЫ ЭДС ИНДУКЦИИ ОТ ЧАСТОТЫ ЗВУКОВОГОГЕНЕРАТОРА .......................................................................................................................................... 6ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ......................................................................................................

75. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ .............................................................................................................. 72Лабораторная работа № 15ИЗМЕРЕНИЕ ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИЦель работы: определение взаимной индуктивности М соленоида и надетой нанего короткой катушки; изучение зависимости величины М от взаимного расположения соленоида и катушки, а также зависимости ЭДС индукции от частоты генератора; проверка независимости взаимной индуктивности от частоты и напряжения генератора.1. ВведениеВзаимная индуктивность характеризует индуктивную связь между двумя контурами (РИС.

1).IIII1Рис. 1Если в контуре I течёт ток I1, то созданное им магнитное поле B 1 пронизываетконтур II. Полный магнитный поток Ψ21, сцепленный с контуром II и называемыйпотокосцеплением, пропорционален модулю индукции В1 и, следовательно, токуI1. Таким образом,(1)21  M21I1 ,где коэффициент пропорциональности М21 называется взаимной индуктивностью контуров. По закону электромагнитной индукции при любом изменениитока I1 в контуре II индуцируется ЭДСdI(2)e21  M21 1 .dtАналогичные рассуждения можно провести для контура I, если пропускать ток I2по контуру II.

Тогда в контуре I индуцируется ЭДСdI(3)e12  M12 2 .dtКак показывает теория, взаимные индуктивности в отсутствие ферромагнетиковвсегда равны друг другу(4)M21  M12 .В этом случае их величина не зависит от тока в первом или втором контуре, аопределяется только взаимным расположением, формой и размерами обоих контуров. При наличии сердечника (ферромагнитной среды) величины M21 и М12 неравны друг другу и зависят от магнитной проницаемости среды μ, которая, в своюочередь, является функцией тока.3В данной работе изучается взаимная индуктивность соленоида (длинная катушка) и короткой катушки, которая надета на соленоид и может перемещатьсявдоль его оси. Вблизи середины соленоида, по которому течёт ток I1, величинаиндукции магнитного поля равнаμINB1  0 1 1 ,l1где N1 – число витков соленоида, l1 — длина соленоида (РИС.

2).l1l2S2Рис. 2Если короткая катушка расположена посередине соленоида, то сцепленный с нейполный магнитный поток равен 21  N2S1B1 , где N2 – число витков короткой катушки, S1 – площадь сечения соленоида. Подставляя В1, получимNNS 21  μ0 1 2 1 I1 .(5)l1Сравнивая формулы (1) и (5), найдёмM21  μ0N1N2S1.l1(6)В настоящей работе экспериментально проверяется справедливость равенстваМ21 = М12 для данного конкретного случая.2.

Описание установки и метода измеренийИзмерение взаимной индуктивности выполняют следующим образом. От генератора звуковой частоты Г переменное напряжение U = U0 cosωt подаётся на последовательно соединенные соленоид (катушка I) и резистор R (РИС. 3). Значение сопротивления R подбирают настолько большим, чтобы оно в несколько раз превышало суммарное омическое R1 и индуктивное ωL сопротивление соленоида, т.

е.R  R12   ωL  .2(7)RГII1, R1Рис. 3IIВ4Проходящий через катушку I ток в этом случае можно определить по формулеUU(8)I1  или I1  0 cos ωt .RRМагнитный поток через контур II (маленькую катушку) является переменным вовремени и создает в ней ЭДС индукции [см. формулы (2), (8)]:U(9)e21  M21 0 ω sin ωt или e21  e0 sin ωt .RВеличинаU(10)e0  M21 0 ωRявляется амплитудой ЭДС индукции, возникающей в короткой катушке II. Вольтметр В измеряет действующее значение переменного напряжения, поэтому, еслиeего подключить к контуру II, то он покажет значение e  0 . Подключая вольт2Uметр к генератору, измеряем действующее значение U  0 .

Следовательно, из2e R eR(9) можно найти величину взаимной индуктивности M21  0 ; так какU0ω Uωω = 2πν, тоeR.(11)M21 2πνUТаким образом, зная R (указано на установке), измеряя e с помощью вольтметра В,U – с помощью вольтметра В, подключая его к выходу генератора (специальнойклемме на стенде), определяя частоту генератора ν по шкале частот, вычисляемМ21. Подключив короткую катушку II к генератору, а соленоид к вольтметру, аналогично определяем величину М12 и убеждаемся в справедливости равенства (4).Небольшие расхождения объясняются тем, что мы не учитываем индуктивного иомического сопротивления катушек.

Эти сопротивления при одинаковой частотеу них различны, так как различно количество витков (т. е. у катушек разные индуктивность L и омическое сопротивление R1).Работа состоит из трёх частей. В первой части изучают зависимость М от взаимного расположения катушек. Для этого при неизменных U и ν перемещают короткую катушку II вдоль соленоида. На шкале, укрепленной параллельно его оси,точка 0 соответствует середине соленоида.

При каждом новом положении контура II измеряют e и по формуле (11) рассчитывают значение М21 (М12).Схема установки для измерения взаимной индуктивности М представлена наРИС. 4. Клемма а служит для присоединения катушек к генератору Г, клемма б - квольтметру В. Если подключить короткую катушку II к генератору, а катушку I(соленоид) к вольтметру (сплошные линии на РИС.

4), то вольтметр покажет ЭДСиндукции e , возникающую в соленоиде I. При переключении катушек (пунктирные линии на РИС. 4) вольтметр показывает ЭДС индукции e в контуре II при изменении тока в соленоиде, присоединённом к генератору.Во второй части работы при фиксированном положении катушек и постоянном Uопределяют по вольтметру В величину e при разных частотах ν генератора.

В соответствии с законом электромагнитной индукции устанавливают, что ЭДС ин-5дукции e (или e ) в одном контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока в этом же контуре, но создаваемым током другого контура, т. е.зависит от частоты ν колебания тока во втором контуре.RГL1абL2ВЭОРис.

4В третьей части проверяют независимость взаимной индуктивности М от частотыν и напряжения U (и, следовательно, от тока). С этой целью рассчитывают М длянескольких частот (при постоянном U) и для разных U (при постоянной ν) дляфиксированного положения катушек.В каждой части работы перед началом количественных измерений проводят качественные эксперименты с помощью осциллографа ЭО.3. Порядок выполнения работыЧасть 1. Определение взаимной индуктивности и её зависимости от взаимного расположения катушек1. Собирают цепь по схеме (РИС. 4); при этом необходимо проследить, чтобы концы кабелей от приборов (генератора, осциллографа, вольтметра) с обозначением«Земля» были соединены вместе (к нижнему ряду клемм на специальной панели).Катушку II присоединяют к генератору (клемма а), катушку I – к вольтметру В(клемма б).2. Включают тумблер «Сеть» на генераторе, осциллографе, вольтметре.3.

Помещают катушку II на середину соленоида (r = 0).4. Когда приборы прогреются (2-4 мин), устанавливают с помощью соответствующих ручек генератора значение U на вольтметре генератора и значение ν, которые указаны в таблице, приложенной к установке.5. Проводят качественный эксперимент. Передвигая катушку II от середины соленоида к его краю, следят за изменением амплитуды ЭДС индукции на экранеосциллографа и одновременно за показаниями вольтметра.

Так как магнитнаяиндукция на краю соленоида в два раза меньше, чем в его середине, то смещениекатушки II на край соленоида вызывает уменьшение ЭДС индукции, а также коэффициента М в два раза.6. Повторяют качественный эксперимент, поменяв ролями катушки I и II с помощью клемм а и б.7. Отключают осциллограф (отсоединяют от измерительной цепи).8. Снова устанавливают короткую катушку на середину соленоида, катушку IIприсоединяют к генератору, катушку I – к вольтметру.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы