11668

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА САМОИНДУКЦИИ МЕТОДОМ ЖУБЕРА

Лабораторная работа

Физика

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА САМОИНДУКЦИИ МЕТОДОМ ЖУБЕРА ЦЕЛЬ РАБОТЫ Исследовать зависимость коэффициента самоиндукции от положения подвижного сердечника. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ Исследуемая катушка само...

Русский

2013-04-10

132.19 KB

55 чел.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №4.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА САМОИНДУКЦИИ МЕТОДОМ ЖУБЕРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследовать зависимость коэффициента самоиндукции от положения подвижного сердечника.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

Исследуемая катушка самоиндукции с вставным сердечником; реостат; амперметр постоянного тока; вольтметры постоянного и переменного тока; понижающий трансформатор; ключ; соединительные провода.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ

При всяком изменении тока в электрической цепи меняется и величина связанного с ним магнитного потока. Так как связанный с током магнитный поток пронизывает площадь, ограниченную контуром цепи, то при изменении тока в какой-нибудь электрической цепи в ней самой возникает электродвижущая сила индукции, называемая электродвижущей силой самоиндукции. Величина электродвижущей силы самоиндукции определяется по формуле:

,                                              (1)

где  поток магнитной индукции, связанный с током, текущим по цепи.

Величина магнитного потока, т.е. число линий индукции, охватывающих контур цепи, пропорциональна току, протекающему в цепи:

                                                  (2)

Коэффициент пропорциональности L в этой зависимости носит название индуктивности или коэффициента самоиндукции контура. Если ток , тогда , т.е. индуктивность контура равна потоку магнитной индукции, пронизывающему площадь, ограниченную контуром, когда по этому контуру течет ток, равный единице. Величина этого коэффициента зависит от размеров и формы контура и от магнитной проницаемости среды.

Электрический ток не может существовать без связанного с ним окружающего его магнитного поля, поэтому всякий контур обладает индуктивностью. Однако можно изготовить контур, индуктивность которого будет достаточно мала. Для этого необходимо максимально сблизить участки контура, по которым ток проходит в противоположных направлениях (шнур осветительной сети, бифилярная обмотка в эталонных резисторах).

Высокой индуктивностью обладает соленоид с большим числом близко расположенных витков и большой площадью сечения. Индуктивность еще больше увеличивается при наличии в соленоиде железного сердечника.

Величину электродвижущей силы самоиндукции, возникающей при изменении тока в контуре, можно получить, подставив в формулу (1) значения из формулы (2). Тогда:

                                              (3)

Если параметры контура не меняются при изменении тока, то  выносится за знак производной как постоянная величина:

                                                (4)

Здесь  величина положительная. Следовательно, знак электродвижущей силы самоиндукции определяется знаком . Если , то  электродвижущая сила самоиндукции направлена навстречу возрастающему току. Если , т.е. если ток в контуре уменьшается, то , и направление электродвижущей силы самоиндукции совпадает с направлением тока.

Формула (4) дает возможность дать другое определение индуктивности. Производная от тока по времени есть скорость изменения тока. Если она будет равна единице, то  . Это значит, что индуктивность контура равна электродвижущей силе самоиндукции, возникающей в контуре при равномерном изменении в ней тока на одну единицу за единицу времени (при скорости изменения тока, равной единице)

Из формулы (2) вытекает единица размерности коэффициента самоиндукции. В системе единиц СИ она называется генри (Гн).

1 Гн  есть индуктивность такого уединенного контура, площадь которого пронизывается магнитным потоком в 1 Вб, если в нем идет ток силой 1 А.

1 Гн = 1 Вб/А.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

При прохождении по проводнику переменного тока в нем появляется ЭДС самоиндукции. Текущий по проводнику с индуктивностью  ток меняется не только из-за изменения приложенного напряжения, но и вследствие действия возникающей в нем ЭДС самоиндукции. Это же действие оказывается в том, что максимального значения ток достигает позже, чем приложенное напряжение. В случае, если проводник обладает ничтожным омическим сопротивлением, ток отстает от напряжения на 1/4 периода, сдвиг фаз между приложенным напряжением и силой тока равен . При этом максимальное (амплитудное) значение тока будет равно

,                                               (5)

где  циклическая частота;  напряжение.

Рис.1

Сравнение формулы (5) с законом Ома показывает, что величина играет роль сопротивления. Она называется индуктивным сопротивлением.

Чтобы индуктивное сопротивление было выражено в омах, нужно выразить в генри. Индуктивное сопротивление зависит не только от индуктивности контура, но и пропорционально циклической частоте тока .

Теория переменных токов показывает, что при наличии в цепи омического сопротивления и индуктивного сопротивления полное сопротивление переменному току равно

                                              .                                           (6)

Пользуясь формулой (6), можно определить индуктивность соленоида методом Жубера, измеряя его омическое и индуктивное сопротивления. Для этой цели, подключив исследуемую катушку в цепь постоянного тока и измеряя силу тока и напряжение , определяют омическое сопротивление:

                                            .                                            (7)

Подключив эту же катушку в цепь переменного тока, и измеряя силу тока i и напряжение u, определяют полное сопротивление:

                                                                                           (8)

Рабочую формулу для вычисления коэффициента самоиндукции можно получить, если выражение (6) возвести в квадрат и из него выразить :

Пользуясь током от сети с частотой =50 Гц и учитывая, что , окончательно получим

                                                          (9)


ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Схема цепи для измерений на постоянном токе приведена на рис.1,

Рис.1

где  источник постоянного тока;  исследуемая катушка;  реостат;   амперметр;  вольтметр постоянного тока.

2. Замкнув ключ К, пропускают через катушку постоянный ток. Для
3-х произвольно выбранных значений силы тока определяют на концах катушки напряжения, соответствующие этим токам, при следующих условиях опытов: а) отсутствует железный сердечник в исследуемой катушке (l=0); б) железный сердечник вставлен в катушку на 1/4 его длины l; в) железный сердечник вставлен в катушку на 1/2 его длины l; г) железный сердечник вставлен в катушку на 3/4 его длины l. Изменения тока осуществляются вращением ползунка реостата R.

2. Данные измерений занести в таблицу.

  1. Схема цепи для измерений на переменном токе приведена на рис.2.

Рис.2

На этой схеме понижающий трансформатор;  исследуемая катушка;  реостат; и амперметр и вольтметр переменного тока.

  1. Замкнув ключ В, пропускают через катушку переменный ток. Для
    3-х произвольно выбранных значений  силы тока определяют на концах катушки напряжения, соответствующие этим токам, при следующих условиях опытов: а) отсутствует железный сердечник в исследуемой катушке (l=0); б) железный сердечник вставлен в катушку на 1/4 его длины l; в) железный сердечник вставлен в катушку на 1/2 его длины l; г) железный сердечник вставлен в катушку на 3/4 его длины l. Изменения силы переменного тока осуществляются вращением ползунка реостата R.
  2. Данные измерений занести в таблицу.

Таблица измерений при длине l вводимого в катушку сердечника:

№ п/п

I, A

(пост. ток)

U, B

(пост. ток)

R, Oм

I, A

(перем. ток)

U, B

(перем. ток)

Z, Oм

L,

Гн

Lср, Гн

, Гн

σ,

Гн

1.

2.

3.

№ п/п

I, A

(пост. ток)

U, B

(пост. ток)

R, Oм

I, A

(перем. ток)

U, B

(перем. ток)

Z, Oм

L,

Гн

Lср, Гн

, Гн

σ,

Гн

1.

2.

3.

№ п/п

I, A

(пост. ток)

U, B

(пост. ток)

R, Oм

I, A

(перем. ток)

U, B

(перем. ток)

Z, Oм

L,

Гн

Lср, Гн

, Гн

σ,

Гн

1.

2.

3.

№ п/п

I, A

(пост. ток)

U, B

(пост. ток)

R, Oм

I, A

(перем. ток)

U, B

(перем. ток)

Z, Oм

L,

Гн

Lср, Гн

, Гн

σ,

Гн

1.

2.

3.

  1. Пользуясь расчетной формулой (9) и таблицей результатов измерений, рассчитать искомое значение индуктивности и записать в окончательном виде для каждого положения сердечника. Здесь  среднеквадратичное отклонение, вычисляемое по формуле:

,

где  абсолютная погрешность искомой величины.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. В чем заключается явление самоиндукции?
  2. Что называется коэффициентом самоиндукции? От чего зависит его величина? В каких единицах он измеряется?
  3. Что такое магнитный поток? Сформулируйте теорему Гаусса для вектора магнитной индукции.
  4. Что означает понятие «вихревое поле»?
  5. Запишите и сформулируйте закон Фарадея в применении к явлению самоиндукции. Чем объяснить «-» в нем?
  6. Дать описание метода Жубера и получите рабочую формулу для определения коэффициента самоиндукции.
  7. Чем объяснить увеличение сопротивления в цепи с переменным током по сравнению с постоянным током в этом же контуре?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48742. Направления совершенствования деятельности предприятия 450.5 KB
  Существует связь между информационными технологиями и менеджментом. Менеджеру все время приходится принимать решения в условиях большой неопределенности: инфляция, изменения валютного курса, изменение налоговых и правовых условий работы...
48743. Анализ линейной динамической цепи 372.5 KB
  В данной работе исследуется линейная реактивная цепь, нагруженная на резистор и питаемая от источника ЭДС. С помощью метода узловых напряжений составляется система уравнений цепи в матричной и скалярной форме.
48744. Вивчення ролі державної мови у контексті формування та зміцнення української національної свідомості 387.5 KB
  У державотворчому процесі мова поряд із внутрішніми консолідуючими чинниками виконує й зовнішню функцію яка полягає у виокремленні держави зпоміж інших країн в утвердженні нації і держави серед багатомовної спільноти. У суспільстві де переважає корінний етнос і панує його мова як наприклад у країнах Європи зазначені функції мови поєднуються гармонійно. Внаслідок заборон і дискримінації адміністративносилового тиску якому піддавалася українська мова упродовж останніх трьох з половиною...
48745. Автопоезд-сортиментовоз самозагружающийся 8x4 с прицепом 2.86 MB
  Рама является одним из важнейших элементов любого автомобиля и характеризует грузоподъемность и производительность в данном случае сортиментовоза последняя собственно и характеризует себестоимость перевозок. Особое внимание необходимо уделить надежности автомобиля и его технологического оборудования.1 Технические характеристики Технические характеристики Модель МАЗ630308226 Колёсная формула: 6x4 Полная масса автопоезда кг 47 500 Полная масса автомобиля кг 27 500 Распределение полной массы: на переднюю ось кг 6 500 на заднюю...
48746. Подогреватели регенерации питательной воды турбоагрегатов 869.5 KB
  Рассмотрены схемы движения теплоносителей в аппаратах.Расчёт расходов и параметров теплоносителей в системе регенеративного подогрева Параметры пара и питательной воды в системе регенерации ПТУ К500240 Параметры пара и питательной воды в системе регенерации ПТУ К500240
48747. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА 1.28 MB
  На те блоки структурной схемы, которые должны быть спроектированы, в соответствующих таблицах заданы исходные данные, а для остальных блоков должны быть выбраны только принципиальные или функциональные схемы и дано описание их работы.
48748. Расчет структуры электромагнитных полей 202.5 KB
  Решение Так как поблизости исследуемого объекта нет областей занятых током то следует решать уравнение Лапласа скалярного магнитного потенциала с соответствующими граничными условиями на поверхности r = R 1.6 Найдём частное решение для потенциала из системы 1. Таким образом частное решение для φm : где С1=А1А4;С2=А24 Найдём решение уравнений 5.2: Решение его можно записать в виде N=Bcosθ.
48749. Расчет структуры переменных электромагнитных полей в волноводе 416 KB
  Для заданного типа волны с начальной амплитудой поля Em=5кВ см распространяющейся в прямоугольном волноводе сечением а x в получить аналитические выражения продольной и поперечных компонент полей в комплексной форме записи и для мгновенных значений.1 Распространяющиеся в волноводе электромагнитные волны являются волнами бегущими вдоль оси волновода вдоль оси z и стоячими в двух остальных направлениях. Стоячие волны в направлениях x и y образуются вследствие многократных отражений волн от стенок волновода. Другими словами для Hволны...
48750. Расчет структуры полей проводящего шара в диэлектрической среде 103.5 KB
  Цель работы: расчет структуры полей проводящего шара в диэлектрической среде а также в волноводе для приведенных в задании параметров. Метод исследования : метод разделения переменных при интегрировании дифференциальных уравнений для получения аналитических выражений потенциалов и напряженностей полей с последующим построением на ЭВМ структуры этих полей. Для заданной геометрии и параметров среды получены аналитические выражения значений потенциалов и напряженностей полей диэлектрического шара в диэлектрической среде. В...