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

32844. Проблема свободы и ответственности личности. Социальная и профессиональная ответственность врача 14.39 KB
  Свобода одна из основных философских категорий характеризующих сущность человеческого бытия в мире. Свобода состоит в возможности личности мыслить и поступать в соответствии со своими представлениями и желаниями а не вследствие внешнего или внутреннего принуждения. Свобода личности может быть рассмотрена в различных аспектах: философском религиозном этическом социальном политическом экономическом. в необходимости всегда присутствует свобода.
32845. Особенности социализации личности. Проблема девиантного поведения и его причины 16.74 KB
  Особенности социализации личности. Социализация личностиэто процесс усвоения индивидом социального опыта общества к которому он принадлежит. Социализация рассматривается как процесс условие проявление и результат социального формирования личности. Как процесс она означает социальное становление и развитие личности в зависимости от характера взаимодействия человека со средой обитания адаптации к ней с учетом индивидуальных особенностей.
32846. Проблема жизни, смерти и бессмертия в духовном опыте человечества. Проблема смысла жизни 15.34 KB
  Проблема жизни смерти и бессмертия в духовном опыте человечества. Проблема смысла жизни. Поэтому проблема жизни и смерти занимает важнейшее место в общественном сознании прежде всего в философии и религии. Для ранней античной философии характерен космоцентричный подход к пониманию проблемы жизни и смерти.
32847. Общество как материальная система 15.36 KB
  Общество это обособившаяся от природы часть материального мира высокоорганизованная материальная система подчиняющаяся всеобщим законам и в то же время имеющаяся специфические особенности функционирования и развития. Как и любое материальное образование общество обладает целым рядом неотъемлемых свойств: объективность системность и структурность движение пространство время отражение самоорганизация. Общество возникает и существует объективно т. Общество представляет собой открытую развивающуюся систему.
32848. Материально-производственная сфера общественное жизни.Диалектика производительных сил и производственных отношений 12.99 KB
  Материальное производство характеризуется определенным способом производства который представляет собой единство двух сторон: производительных сил и производственных отношений. Производственные отношения включают в себя отношения собственности на средства производства а также отношения по поводу распределения и обмена продукта материального производства. В этом проявляется диалектика экономических потребностей производства и потребления.; способ производства и соответствующие ему отношения собственности определяют появление и развитие...
32849. Социальная сфера общественной жизни. Социальная структура общества. Виды социальных общностей 13.65 KB
  Социальная структура общества. Сфера общества это социальное пространство которое фиксирует границы того или иного вида общественной деятельности. Социальная сфера это исторически сложившаяся относительно устойчивая система связей между различными элементами общества: отдельными индивидами социальными группами и социальными общностями. В социальной сфере реализуются интересы классов и слоев общества социальных общностей и групп отношения общества и личности здесь создаются и совершенствуются условия труда быта и досуга.
32850. Политическая сфера общественной жизни. Структура и соц функции. Государство,как основной политический институт 12.55 KB
  Общество как система состоит из нескольких подсистем или сфер основными из которых являются экономическая социальная политическая духовная и экологическая. Политическая сфера область общественной жизни включающая в себя политические отношения данного общества. и международные; политическая деятельность; политическое сознание политическая идеология и политическая психология.
32851. Экологическая сфера. Роль мед работников 11.81 KB
  Общество как система состоит из нескольких подсистем или сфер основными из которых являются экономическая социальная политическая духовная и экологическая. Экологическая сфера общества сформировалась во 2й половине ХХ в. Экологическая сфера подсистема общества формирующаяся на основе специализированной деятельности по охране воспроизводству улучшению и приумножению природных факторов человеческого бытия. Экологическая деятельность.
32852. Духовная сфера общ6ества. Основные формы и уровни. Общественная психология и идеология,их диалектическая взаимосвязь 14.08 KB
  Специфика идеологии проявляется в том что она возникает на основе существующих в обществе экономических отношений и отражает действительность через призму этих отношений. В классовом обществе экономические отношения выступают в форме классовых интересов поэтому специфику идеологии можно конкретнее представить как отражение действительности через призму интересов определенных классов как систему идей и взглядов классов. В классовом обществе нет и не может быть надклассовой или внеклассовой идеологии. Общественно историческая практика...