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

40110. Методы наискорейшего и координатного спуска для минимизации выпуклой функции без ограничений. Их алгоритмы и геометрическая интерпретация 94.5 KB
  Все методы спуска решения задачи безусловной минимизации различаются либо выбором направления спуска, либо способом движения вдоль направления спуска. Решается задача минимизации функции f(x) на всём пространстве Rn. Методы спуска состоят в следующей процедуре построения последовательност
40111. Субградиент как обобщение понятия градиента. Субградиент для функции максимума. Субградиентный метод и его геометрическая интерпретация в R2 141 KB
  Субградиент для функции максимума. Градиентом дифференцируемой функции fx в точке называется вектор частных производных.x0 y0 а значение lim называется частной производной функции f по x в т. Вектор называется субградиентом опорным вектором функции fx в точке если выполняется: Таких с множество но это множество ограничено и замкнуто.
40112. Типичные производственные функции с несколькими ресурсами: линейная ПФ, степенная ПФ, ПФ с постоянными пропорциями. Коэффициенты эффективности использования ресурсов для этих типов функций 162 KB
  Коэффициенты эффективности использования ресурсов для этих типов функций. Производственные возможности н х в любой момент времени определяются 2мя группами факторов: технологические условия производства которые выражают зависимости между затратами разных ресурсов и выпуском продукции объем и качество используемых ресурсов fx производственная функция зависимость результата производства объема выпуска продукции от затрат ресурсов. X = х1 хm вектор затрат ресурсов. ПФ характеризует максимально возможный выпуск продукции при...
40113. Показатели эффективности использования производственных ресурсов (коэффициенты средней и предельной эффективности). Коэффициент эластичности выпуска. Вычисление этих показателей для степенной производственной функции 134.5 KB
  Средняя эффективность использования ресурсов показывает отдачу от каждой единицы iго ресурса. Предельная эффективность показывает предельный прирост выпуска продукции при увеличении затрат iго ресурса на малую величину. При этом важен характер изменения эффективности дополнительных количеств используемого ресурса. Если найдем максимальный то определим от какого ресурса получим наибольшую отдачу т.
40114. Модель оптимального поведения потребителей на рынке товаров в условиях товарно-денежных отношений 85.5 KB
  Модель оптимального поведения потребителей на рынке товаров в условиях товарноденежных отношений. Исследуется поведение некоторой группы потребителей на рынке на котором представлены n товаров которые будем обозначать: y = y1 yn набор товаров услуг р = р1 рn заданные цены на товары услуги. Тогда задача имеет вид: Графическая интерпретация для случая двух товаров: Линии уровня имеют такой вид так как чем больше потребитель потребляет товар тем менее предпочтительным он становится Присутствующий в модели принцип...
40115. Вариантная задача развития и размещения производства. Метод коэффициентов интенсивности 98 KB
  Отраслевая модель перспективного планирования разрабатывается на 5-15 лет. В пределах этого времени очень часто показатели принимаются за постоянные. Если же относительно некоторых экономических показателей нельзя сделать предположение о постоянстве, то учитывается изменение во времени за некоторый период времени. При этом показатели вычисляются приближенно с помощью коэффициента дисконтирования.
40116. Модель с фиксированным размером заказа 51 KB
  Модель с фиксированным размером заказа Целесообразность создания запасов: 1 наличие запасов позволяет быстро удовлетворять потребности потребителей. В рассматриваемой системе размер заказа является постоянной величиной и повторный заказ подается при условии что уровень наличных заказов снижается до определенного критического уровня который в теории управления запасами называется точкой заказа. Система с фиксированным размером заказа основана на выборе размера партии минимизирующего общие издержки управления запасами. При этом...
40117. Модель с фиксированным уровнем запасов 44.5 KB
  Модель с фиксированным уровнем запасов основана на фиксированных моментах подачи заказа. В модели издержки управления запасами в явном виде не рассматриваются и фиксированный размер заказа отсутствует. Mx уровень запасов M определяется по формуле: М = В SL L R 1 где L время выполнения заказа R интервал м у проверками 0 R 2R моменты проверки наличия товара на складе 0 L R L 2R L моменты поставки заказа. примерно в случаев фактический сбыт за время доставки заказа м.
40118. Двухуровневая система управления товарными запасами, (s,S)-система 36.5 KB
  Данная система является системой с постоянным уровнем запасов в которой установлен нижний предел для размера заказа. Покажем что действительно нижний предел размера заказа: L время выполнения заказа P точка заказа; уровень запасов при котором делается заказ. Заказываем реже чем в модель с фиксированным уровнем запасов и размер заказа при этом больше. Рекомендации по выбору: I модель система с постоянным уровнем заказа система с пост.