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

57735. Сочетательное и распределительное свойства умножения 94 KB
  Цель: Закрепить навыки умножения натуральных чисел переместительного закона умножения; изучить сочетательное свойство умножения и распределительное свойство умножения...
57736. Додатні та від’ємні числа. Модуль числа 201.5 KB
  Мета: привести в систему знання учнів про додатні та від’ємні числа модуль та порівняння чисел; розвивати обчислювальні навички розвивати логічне мислення пізнавальний інтерес...
57737. Дії над раціональними числами 99 KB
  Мета. Закріпити в учнів навички виконання дій над раціональними числами, обчислення значень виразів, що містять раціональні числа; розвивати позитивні риси особистості...
57738. Розв’язування систем рівнянь з параметрами 1.32 MB
  Розвивальна мета: розвивати логічне мислення творчі здібності формувати вміння міркувати висловлювати думку. Формувати соціальну компетентність: давати учням змогу вибору варіантів завдань та шляхів розв’язку задач.
57739. Дж. Байрон. Поема «Мазепа». Історична основа та романтичний міф 112 KB
  Очікувані результати: учень переказує зміст поеми Мазепа визначає її історичну основу розгром шведів російськими військами втеча Мазепи з почтом Карла ХІІ та переповідає романтичний міф про прив’язаного до коня молодого Мазепу...
57740. Генетична термінологія і символіка. Методи генетичних досліджень. Закони Г. Менделя 66.5 KB
  МЕТА: сформувати поняття про генетику як науку що вивчає спадковість і мінливість організмів; почати формувати знання про основні генетичні закономірності успадкування ознак; розкрити основні генетичні поняття...
57741. Що таке милосердя 162.5 KB
  Мета уроку: розкрити зміст понять милосердя співчуття благодійність; навчити наводити приклади милосердя у вчинках; розвивати в учнях здібність робити самоаналіз своїх вчинків; формувати власне ставлення...
57742. Узагальнення та систематизація знань з теми «Многочлен» 350.5 KB
  МЕТА: Організувати діяльність учнів по узагальненню і систематизації знань і умінь учнів з теми Многочлен домогтися засвоєння учнями математичних понять сприяти формуванню специфічних вмінь і навичок з даної теми...
57743. Арифметичні дії з многочленами. Розв’язування вправ 1.23 MB
  Мета уроку: актуалізувати знання учнів необхідні для сприйняття нового матеріалу підвести поняття алгоритму додавання і віднімання многочленів множення одночлена на многочлен та многочленна на многочлен...