12364

Вихревое электрическое поле

Лабораторная работа

Физика

3 Лабораторная работа № 13 Вихревое электрическое поле 1. Цель работы. Изучение вихревого электрического поля при изменении магнитного поля в соленоиде. 2. Электромагнитная индукция. Вихревое электрическое поле. Явление электромагнитной индукции...

Русский

2013-04-26

3.2 MB

49 чел.

3

Лабораторная работа № 13

«Вихревое электрическое поле»

1. Цель работы. Изучение вихревого электрического поля при изменении магнитного поля в соленоиде.

2. Электромагнитная индукция. Вихревое электрическое поле.

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что в проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникает электродвижущая сила индукции εi. Если контур замкнут, то в нем возникает электрический ток, называемый индукционным током.

ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Фm сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

 εi= –. (13.1)

Знак «–» в формуле (13.1) является выражением правила Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемый им магнитный поток сквозь поверхность, ограниченную контуром, препятствует тем изменениям магнитного потока, которые вызвали появление индукционного тока.

Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках, называются токами Фуко. Замкнутые цепи таких токов образуются в толще самого проводника. Количество тепла, выделяемого в единицу времени вихревыми токами Фуко, прямо пропорционально квадрату частоты изменения магнитного поля.

Обобщением закона электромагнитной индукции является введение понятия вихревого электрического поля:

= –. (13.2)

В контуре, охватывающем изменяющийся магнитный поток, возникает электрическое поле с ненулевой циркуляцией. При определенной симметрии системы может возникнуть электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Выражение (13.2) может быть записано в дифференциальной форме:

 rot = – . (13.3)

3. Описание экспериментальной установки.

Магнитное поле в работе создается с помощью двух соосных соединенных последовательно соленоидов на подставках. Соленоиды расположены на небольшом расстоянии друг от друга, так что поле между ними совпадает с полем длинного соленоида.

Рис.13.1. Схема экспериментальной установки.

В работах в качестве источника питания токовой системы – источника магнитного поля – используется генератор сигналов функциональный ГСФ-2. Основные технические характеристики генератора таковы:

Диапазон частот    0,1 Гц-100 кГц;

Выходные сигналы    гармонический, пилообразный,

прямоугольный;

Выходное напряжение   0-10 В;

Выходной ток     0-1 А.

В работе используется синусоидальный ток в катушках. Вихревое электрическое поле определяется с помощью многоконтурного плоского датчика, размещенного в зазоре между соленоидами. Напряженность поля в каждом контуре равна возникающей в нем ЭДС электромагнитной индукции, деленной на полную длину обмотки контура:

Евихр= εi/(2πrN). (13.4)

Здесь r – радиус контура, N=501 – число витков контура.

Схема измерений представлена на рис.13.1. Измерение ЭДС индукции в контурах L2 производится вольтметром универсальным типа В7-58А.

Если ток в соленоидах L1 изменяется по гармоническому закону:

 I=U1m sin(2πνt)/R0, (13.5)

то индукция однородного магнитного поля внутри соленоидов равна:

В=μ0=μ0sin(2πνt). (13.6)

Здесь N0=4302 – число витков соленоида, l=120,00,5 мм, rs=26,00,5 мм – соответственно длина соленоида и его радиус.

Если радиус измерительного контура L2 меньше радиуса соленоида r<rs, то выражение для величины напряженности вихревого электрического поля имеет вид:

Евихр= –= –сos(2πνt). (13.7)

Если радиус измерительного контура L2 больше радиуса соленоида r>rs, то выражение для величины напряженности вихревого электрического поля имеет вид:

Евихр= –= –cos(2πνt). (13.8)

Напряженность вихревого электрического поля может быть вычислена по измерениям ЭДС U2 в контурах:

Евихр= –сos(2πνt). (13.9)

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Вставить многоконтурный датчик в зазор между двумя соленоидами.

4.2. Собрать схему измерений, приведенную на рис.13.1. Измерения проводятся при частоте синусоидального сигнала 10-50 кГц.

4.3. Измерить амплитуду U1m.

4.4. Рассчитать амплитуды значений напряженности вихревого электрического поля Евихр(r) по формулам:

Евихр1=, при r < rs;

Евихр1=, при r > rs.

4.5. Измерить амплитуды ЭДС индукции в контурах U2m.

4.6. Рассчитать амплитуды значений напряженности вихревого электрического поля Евихр(r) по формуле:

Евихр2 = .

4.7. Результаты измерений и расчетов внести в табл.13.1.

Таблица 13.1.

r, мм

10

15

20

25

30

40

50

60

70

U1эф

Евихр1, мВ/м

U2эф,мВ

Евихр2, мВ/м

4.8. Нарисовать зависимости Евихр1(r) и Евихр2(r) на одном графике.

5. Контрольные вопросы.

5.1. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

5.2. Движение проводника в магнитном поле.

5.3. Вращение рамки в магнитном поле.

5.4. Вихревое электрическое поле. Токи Фуко.

5.5. Методика расчета напряженности вихревого электрического поля длинного соленоида.

Рекомендуемая литература.

  1.  Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов.– 2-е изд., испр. и доп.– М.: Высш. шк., 1999.– 718 с.: ил.
  2.  Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – 3-е изд., испр. –М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 496 с., ил.
  3.  Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.– 5-е изд., стер.– М.: Высш. шк., 1998.– 542 с.: ил.

3

PAGE  1

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51349. Расширенная работа с файлами 127 KB
  Цель работы: Написать программу, осуществляющую запись массива в файл и чтение из файла в массив с помощью потоков. Рабочие данные выбрать самостоятельно.
51353. Решение системы линейных уравнений методом Гаусса 158 KB
  Руководство программиста Описание структуры программы Функции PHod осуществляет прямой ход; OHod осуществляет обратный ход; Описание структур данных Описание глобальных переменных использующихся в программе: int n размер матрицы; flot rr массив в котором хрантся элементы матрицы; flot ms копия масива rr; flot x массив решений системы уравнений; FILE file файл из которого берется матрица; FILE file2 файл в который записываются результаты; Описание алгоритмов Метод Гаусса для решения системы линейных...
51354. КОРРЕКЦИЯ ЗАМКНУТОЙ САУ 200.72 KB
  Определение характеристик разомкнутой системы 1. Собрать схему исследования разомкнутой системы автоматического регулирования. Сделать вывод об устойчивости или неустойчивости замкнутой системы построенной на основе такой разомкнутой системы. По величине запаса фазы определить тип переходной характеристики замкнутой системы полученной на основе анализируемой разомкнутой системы колебательная апериодическая близкая к апериодической с небольшим перерегулированием.
51357. Анализ информационных систем на CMS, обладающих редакцией для корпоративных порталов и удовлетворяющих требованиям сотрудников компаний для работы в коллективе 582.04 KB
  Из всего выше сказанного можно заключить что аудиторией информационной системы будут сотрудники компании занимающейся веб разработкой и внедрившей корпоративный портал.2 Обзор систем аналогов Среди аналогов проектируемой системы в России можно выделить три крупных компаний разрабатывающих CMS которые имеют редакции корпоративный портал и отвечающие требованиям работников компании. Из многочисленных достоинств системы можно выделить: наличие огромного количества модулей которые могут удовлетворить желания большого количества фирм;...