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

15915. Ошибка в уголовном праве и ее влияние на пределы субъективного вменения 284 KB
  В.А.Якушин В.В.Назаров Ошибка в уголовном праве и ее влияние на пределы субъективного вменения теоретические аспекты Якушин В.А.Назаров В.В. Я 49 Ошибка в уголовном праве и ее влияние на пределы субъективного вменения теоретические аспекты. Ульяновск:
15916. Вина как основа субъективного вменения 305 KB
  Якушин В.А. Каштанов К.Ф Я 49 Вина как основа субъективного вменения. Средневолжский научный центр 1997. 65 с В монографии рассматриваются различные подходы ученых к пониманию вины анализируется ее содержание и формы показывается их значение для субъективного вменен
15917. Пределы субъективного вменения в уголовном праве 234 KB
  Якушин В.А. Габидуллин М.С. Пределы субъективного вменения в уголовном праве. – Ульяновск 1997. От авторов Субъективная сторона преступления относится к числу сложных и важных проблем уголовного права. Некоторые аспекты ее на сегодняшний день исследованы лишь фрагме
15918. Субьективное вменение и его значение в уголовном праве 1.53 MB
  В. А. Якушин Субъективное вменение и его значение в уголовном праве Якушин В.А. Субъективное вменение и его значение в уголовном праве. Тольятти: ТолПИ 1998 стр 296. I8ВN5230164667 В монографии с учетом и на основе достижений в области философии и психологии теори...
15919. Обратная сила уголовного закона 1.08 MB
  АССОЦИАЦИЯ ЮРИДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР Теория и практика уголовного права и уголовного процесса А. Е. Якубов ОБРАТНАЯ СИЛА УГОЛОВНОГО ЗАКОНА НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УГОЛОВНОГО КОДЕКСА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СанктПетербург Юридический центр Пр...
15920. Совокупность преступлений по советскому уголовному праву 543.5 KB
  Яковлев А.М. Совокупность преступлений по советскому уголовному праву. М.: Госюриздат. 1960. [1] ЕДИНОЕ ЕДИНИЧНОЕ ПРЕСТУПЛЕНИЕ [1.1] 1. Конкретизированность однородность и разнородность действий. Совместимость действий [1.2] 2. Конкрет
15921. Злочинність неповнолітніх причини наслідки шляхи запобігання 1.54 MB
  Даний навчальний посібник має за мету надати необхідну інформацію про причини та наслідки злочинності неповнолітніх, запропонувати нові підходи щодо її зниження на ґрунті використання методів мікрокримінологічного аналізу й проактивних методів управління ситуацією
15922. Оценка малозначительности деяния 155 KB
  Якименко Н.М. Оценка малозначительности деяния: Учеб.пособие . – Волгоград 1987. 28 c. Согласно ч. 2 ст. 7 Основ уголовного законодательства Союза ССР и союзных республик ч. 2 ст. 7 УК РСФСР не является преступлением действие или бездействие хотя формально и содержащее призна...
15923. Расследование организованной преступной деятельности 1.06 MB
  УДК 343.132 ББК 67.52 Я14 Моему ученику и коллеге по научным интересам В.И. Куликову безвременно ушедшему из жизни посвящаю эту книгу Яблоков Н.П. Расследование организованной преступной деятельности М.: Юристъ 2002. 172 с. Библиотека следователя. 15ВЫ 5797504774 В книге раскр