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

44117. Технология изготовления отливки «Обечайка» массой 47 т из стали 10ГН2МФАЛ 1.72 MB
  Этапы формирования отливки. Технологические приёмы воздействия на процессы затвердевания и охлаждения отливки в литейной форме. Способы воздействия на характер формирования отливки на этапе охлаждения расплава до температуры кристаллизации. Получение заданных свойств для отливок ответственного назначения. Проектирование технологии изготовления отливки Обечайки парогенератора ПГВ1000 в литейных формах с дифференцированным отводом тепла.
44118. Модель создания единого информационного пространства образовательного учреждения с применением сетевых информационных технологий 1.25 MB
  Особую роль в данной форме самообразования могут занять социальные сети и социальные сообщества функционирующие в Интернете. Все больше преподавателей осваивают работу в Сети и начинают использовать ее в образовательном процессе. При условии создания в учебном заведении Интернет-системы следующим шагом становится выход на более высокий уровень функционирования информационного пространства Интернет предусматривающий создание и открытие доступа всем непосредственным участникам учебного процесса и внешним посетителям к сайту учебного...
44119. Технологический процесса производства сборной жестяной консервной тары 4.79 MB
  В некоторых случаях можно отказаться от применения пайки продольного шва. Продольный шов можно соединять с помощью клеящего устройства и герметизировать уплотняющими средствами. Благодаря этому становиться возможным изготовление герметичных сборных жестяных банок из неподдающихся пайки исходных материалов.
44120. Разработка способов сжигания твердого топлива ОАО «Экспериментальная ТЭС» 1.73 MB
  Расчет мощности на перекачку воды Расчет деаэратора питательной воды ДПВ до реконструкции на каждый котел установлен один деаэратор. Расчет теплового баланса деаэратора питательной воды ДПВ. Выбор деаэратора питательной воды ДПВ.
44121. Транспортировка грузов 1.01 MB
  Поэтому для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик грузоподъемных кранов и их безаварийной работы машинист крана крановщик и обслуживающий персонал должны знать хорошо назначение область применения и устройство кранов их конструктивные особенности технические характеристики устройство и работу крановых механизмов электрооборудования приборов и устройств безопасности. Кроме того машинист крана должен знать правила безопасной эксплуатации кранов их технического обслуживания и ремонта современную прогрессивную технологию и...
44122. МОТИВАЦИИ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПЕРВОКЛАССНИКОВ С ЗАДЕРЖКОЙ ПСИХИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ 588.5 KB
  Мотивационную сферу человека с точки зрения ее развитости можно оценивать по следующим параметрам: широта, гибкость и иерархизированность. Под широтой мотивационной сферы понимается качественное разнообразие мотивационных факторов — диспозиций (мотивов), потребностей и целей, представленных на каждом из уровней.
44123. Формирование и развитие рынка речных круизов в Перми и Пермском крае на примере туристической фирмы ООО «Кубань» 838 KB
  Основные понятия рынка и государственное регулирование сферы туризма в России Переход страны к рыночной экономике сопровождается постепенным созданием конкурентной среды во всех отраслях современного туризма в том числе и в сфере речного круизного туризма. В российской экономической литературе вопросам туризма посвящено немало научных исследований. Таким образом планируется рассмотреть проблемы и сформировать программы развития туризма регионального муниципального уровней в которых предстоит разработать и реализовать комплекс мер...
44124. Проектирование районной понизительной подстанции 356.24 KB
  На данной подстанции по ПУЭ устанавливается 2 трансформатора, это делается из-за того что на ней присутствуют потребители I и II категории. Перерыв в электроснабжение которых для I категории допускается лишь на время автоматического восстановления питания, а для II категории – на время
44125. Оценка стоимости недвижимости. Анализ ипотеки в Барнауле и Алтайском крае 1.09 MB
  Мне было дано провести анализ по оценки объекта недвижимости в городе Барнаулея взял как примержилой дом находящегося по адресу: г. Оценка стоимости недвижимости процесс определения рыночной стоимости объекта или отдельных прав в отношении оцениваемого объекта недвижимости. Оценка стоимости недвижимости включает: определение стоимости права собственности или иных прав например права аренды права пользования и т. в отношении различных объектов недвижимости.