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

48 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

73225. Введение в экономику предприятий транспорта 1.3 MB
  Материальное производство включает: Промышленность; Сельское и лесное хозяйство; Грузовой транспорт; Связь обслуживающая материальное производство; Строительство; Торговля; Общественное питание; Информационно-вычислительное обслуживание и др. В процессе работы транспорта не создается новая продукция а осуществляется перемещение грузов пассажиров с одного пункта в другой. В процессе перевозок грузов с ними не происходят не физические не химические изменения а происходит лишь изменение их местонахождения по отношению к...
73226. Основные фонды предприятий транспорта 899.56 KB
  Классификация основных фондов предприятия По роли в производственном процессе: Активные: машины и оборудование силовые машины измерительные прибор вычислительная техника инструмент Пассивные: здания строения сооружения передаточные устройства транспорт пх инвентарь. Для производственных предприятий в том числе и предприятий транспорта типичный состав основных фондов следующий: Здания и строения административные здания производственные строения склады и т. Племенной скот Соотношение отдельных групп основных фондов в их общем...
73227. Оборотные средства предприятий 951.72 KB
  Фонды обращения – это средства производства непосредственно обслуживающие стадию реализации продукции. подготовка новых видов производства арендная плата подписка К фондам обращения относятся средства обслуживающие процесс реализации продукции: Готовая продукция на складе Товары отгруженные заказчикам но еще не оплаченные ими товары в пути Средства в расчетах Денежные средства в кассе предприятия и на счетах в банках. Норматив оборотных средств– то объем ресурсов в денежном выражении которые предназначены для формирования...
73228. Поняття й види джерел права. Джерела та форми права 30.56 KB
  Джерела та форми права. Поняття й види джерел права. Джерело форма права це способи зовнішнього вираження і закріплення норм права що виходять від держави і які мають загальнообовязкове значення.
73229. ДЕРЖАВНІ ТА НАЦІОНАЛЬНІ УКРАЇНСЬКІ СИМВОЛИ 88.5 KB
  Обладнання: карта України; зображення українського державного прапора та гербатризуба; малюнки із зображеннями калини віночка писанки рослинсимволів тощо; ватманський аркуш з кросвордом Україна; аудіоапаратура; свічка. Бучин ської Моя Україна. Приспів: Є на світі моя країна де червона цвіте калина Гори ріки і полонини це моя Україна. Є на світі одна країна найчарівніша як перлина В моїм серці вона єдина це моя Україна.
73230. МЕНЕДЖМЕНТ ПРОФЕСІЙНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ 1.04 MB
  Для проведення маркетингових досліджень керівництвом підприємства прийнято рішення про проведення діагностичних опитувань (інтерв’ю) потенційних споживачів продукції. Аналіз вибірки зі 100 перехожих дозволив отримати дані щодо кількості перехожих, що з’являлись з відповідним інтервалом, кількості перехожих, що дали згоду на участь у опитуванні, та тривалості проведення одного інтерв’ю
73231. Обучение детей младшего школьного возраста анализу произведений изобразительного искусства 178.5 KB
  Тогда как именно знакомство со структурой художественного произведения и с законами восприятия искусства должно актуализировать исследовательскую позицию учащегося благодаря которой он сможет самостоятельно постигнуть смысл живописного или графического произведения освоить способы художественного мышления. Однако при обращении к произведениям искусства учитель чаще всего выступает в качестве всезнающего лектора ученик же в качестве пассивного зрителя и слушателя. До сих пор не существует технологий и методик благодаря которым учащиеся...
73232. Разработка международной стратегии продвижения товара 749.5 KB
  Теоретический анализ разработки международной стратегии продвижения товара; исследование особенностей международных стратегий ВЭД предприятий; анализ финансовой, хозяйственной, внешнеэкономической и маркетинговой деятельности предприятия; разработка стратегии выхода предприятия на зарубежный рынок.
73233. АНТРОПОЦЕНТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРАЛЬНОЙ РАСПУЩЕННОСТИ В СОВРЕМЕННОМ АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ 36.85 KB
  Семантическая структура языка являет собой языковое воплощение всех нюансов восприятия действительности его носителями всех представлений и переживаний присущих народу создавшему язык. Поэтому каждый язык это своеобразное зеркало отражающее определённое видение мира неповторимое мироощущение народа сотворившего его сегментацию внутреннего и внешнего мира представленную отдельными структурами и...