42437

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИИ

Книга

Физика

Если контур в котором индуцируется ЭДС состоит не изодного витка а из N витков например представляет собойсоленоид то поскольку витки соединяются последовательно будет равна сумме ЭДС индуцированных в каждом витке в отдельности: Величину называют потокосцеплением или полным магнитным потоком. Если поток пронизывающий каждый из витков одинаков то ЭДС индуцируемая в сложном контуре определяется формулой:...

Русский

2013-10-29

272 KB

12 чел.

ФГОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №  107

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИИ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно-технических специальностей

Калининград

2008

Цель работы: Измерение амплитуды ЭДС взаимной индукции двух катушек.

Приборы и оборудование:

  1.  Кассета ФПЭ-05/06 (взаимоиндукция).
  2.  Генератор ГЗ-118.
  3.  Осциллограф С1-81.
  4.  Соединительные провода.

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. В 1983г. Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем
контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток.
Это явление называется
электромагнитной индукцией, а возникающий ток- индукционным.

Явление электромагнитной индукции свидетельствует о том,
что при изменениях магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила индукции . Величина  не зависит от способа,
которым осуществляется изменение магнитного потока
Ф, и определяется лишь скоростью его изменения    .

При изменении знака   направление   также меняется. Ленц установил правило, позволяющее найти направление индукционного тока: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.

Если контур, в котором индуцируется ЭДС, состоит не из
одного витка, а из
N витков, например, представляет собой
соленоид, то поскольку витки соединяются последовательно,
будет равна сумме ЭДС, индуцированных в каждом витке в отдельности:   

                                         

Величину   называют потокосцеплением, или полным магнитным потоком. Её измеряют в тех же единицах, что и Ф ( Вб - вебер). Если поток, пронизывающий каждый из витков, одинаков-  , то ЭДС, индуцируемая в сложном контуре, определяется формулой:

                                                

1.2. Электрический ток, текущий в любом контуре, создаёт
пронизывающий этот контур магнитный поток . При изменениях
тока  изменяется также и , вследствие чего в контуре индуцируется ЭДС. Это явление называется
самоиндукцией.

В соответствии с законом Био-Савара магнитная индукция В пропорциональна силе тока, вызвавшего поле.  Отсюда следует,  что ток  в контуре и создаваемый им полный магнитный поток  через контур пропорциональны друг другу . Коэффициент пропорциональности  между силой тока и полным магнитным потоком называется индуктивностью контура.

За единицу индуктивности в  системе "СИ" принимается индуктивность такого проводника,  у которого при силе тока в неё в 1А возникает сцепленный с ним полный поток ,  равный 1Вб. Эту единицу называют Генри (Гн).

При изменениях силы тока в контуре возникает ЭДС самоиндукции , равная:

                    

Если при изменениях силы тока индуктивность остаётся постоянной, то выражение для ЭДС самоиндукции имеет вид:

                                          

1.3. Возьмём два контура 1 и 2, расположенные близко друг к
другу. Если в контуре 1 течёт ток силы , то он создаёт через
контур 2 пропорциональный   полный магнитный поток
(поле, создающее этот поток, на рисунке изображено сплошными
линиями). При изменениях  тока  в контуре 2 индуцируется
ЭДС:

                                 

                  

Рис. 1

Аналогично, при протекании в контуре 2 тока силой  возникает сцепленный с контуром 1 поток ,     (поле, создающее этот поток, изображено пунктирными линиями). При изменениях тока  в контуре 1 индуцируется ЭДС:

                                           

Контуры 1 и 2 называют связанными, а явление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией.

Коэффициенты пропорциональности  и  называются взаимной индуктивностью, или коэффициентами взаимной индукции контуров и не зависят от величины и частоты питающего напряжения. Для двух контуров (катушек) всегда имеет место равенство (принцип взаимности) = =.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Основной частью функциональной группы ФПЭ-05 являются катушки. Короткая катушка одета соосно на длинную и может свободно перемещаться вдоль последней при помощи штока, выведенного на переднюю панель кассеты. Катушки крепятся к связи, расположенной в средней части боковой поверхности кассеты.

На передней панели установлены две пары гнёзд для подключения к кассете питающего генератора и осциллографа, два переключателя для попеременного подключения катушек к входным и выходным гнёздам.

Принцип работы основан на получении ЭДС взаимной индукции в одной из катушек при подаче переменного напряжения на другую катушку. Подключив к входным гнёздам осциллограф, можно замерить амплитудное значение ЭДС взаимной индукции и наблюдать форму сигнала. Перемещая одну катушку относительно другой, можно определить зависимость величины ЭДС от взаимного расположения катушек.

Переключатели расположены на передней панели и служат для подключения катушек к входным и выходным гнёздам. Переключатель S1 в положении " РQ": катушка L1 через активное сопротивление R1 = 10 кОм подключена к входным гнёздам Х12,  в это время переключатель S2 должен быть в положении " РО ", катушка L2 подключена к выходным гнёздам Х3 , Х4 . Переключатель S1  в положении "РО": катушка L1 подключена к выходным гнёздам Х34, в это время переключатель S2  должен быть в положении " РQ",  катушка L2 через сопротивление R1 подключена к входным гнёздам Х12 . Таким образом осуществляется переключение катушек.

Рис. 2

3. ХОД РАБОТЫ:

3.1. Проверьте правильность подключения приборов: генератор подключён к входу РО кассеты ФПЭ-05, осциллограф - к выходу РQ.

       3.2. Присоедините генератор и осциллограф к питающей сети ~220В, включите блоки выключателями на их панелях – загорятся сигнальные лампы. Дайте прогреться приборам в течение 5 минут.

       3.3. Установите на генераторе выходное напряжения = 4 В,  частоту = 10 кГц, переключатель «Ослабление dB» в положение «10», переключатель «Множитель» в положение 103.  На экране осциллографа появится синусоида  (рис.З).

       3.4. Установите на осциллографе рукоятки изменения амплитуды и изменения развёртки в положения «0,5». Рукоятками горизонтального и вертикального перемещения установите изображение в центр экрана, нижнюю границу синусоиды  совместите с одной из горизонтальных линий экрана.

3.4. Измерьте на экране осциллографа двойную амплитуду  ЭДС взаимной индукции при последовательных положениях штока от О до 100 мм. Измерения проводите по главной оси Y  в см, осуществляя отсчёт  вверх от нижней границы синусоиды. Разделив полученные значения на 4, занесите результаты в верхнюю строку таблицы в вольтах. При этом положение переключателя 1-РQ, переключателя 2-РО.  Затем переключите  переключатель 1-P0, переключатель 2-РQ , измерения повторите. Данные занесите в нижнюю строку таблицы 1.

       3.5.Установите на генераторе = 5 В, = 10 кГц,  опыт    повторите с переключением катушек. Данные занесите в таблицу 1.

       3.6. Установите на генераторе = 4 В,  = 20 кГц, опыт повторите с переключением катушек. Данные занесите в таблицу 1.

       3.7. На миллиметровой бумаге представьте результаты измерений в безразмерном виде  в виде графиков (рис.4), где  - максимальное значение амплитуды ЭДС взаимной индукции,  а  = 0,1 м – длина катушки, данные для графика из таблицы № 2. При построении графиков ось Y расположите по длинной стороне форматки,   чтобы графики  растянуть по вертикали, точки наносите различающимися значками.  

      3.8. Cделайте вывод по результатам работы.

Рис. 3

Рис. 4

Таблица 1

,  мм

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

=4В

=10кГц

=5В

=10кГц

 UiII

=4В

=20кГц

Таблица 2

,  мм

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

=100 мм

    =4В

=10кГц

I

II

   =5В

=10кГц

I

II

    =4В

=20кГц

I

II

, I -  при положении переключателя 1 -  РQ, переключателя

                          2 - РО.

, II - при положении переключателя 1 -  РО, переключателя

                           2 - РQ.

    

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (ПРИМЕРНЫЕ)

4.1. Явление электромагнитной индукции.

4.2. Полный магнитный поток.

4.3. Явление самоиндукции.

4.4. Индуктивность контура.

4.5. Явление взаимной индукции.

4.6. Коэффициент взаимной индукции контуров.

    5. ЛИТЕРАТУРА

    5.1. Савельев И.З. Курс физики. Т.2. -  М.: Высшая школа.

PAGE  8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68010. Контрольно-вимірювальні прилади 307.71 KB
  Оцінюють температуру за допомогою перерахованого показника потужності теплового випромінювання. Якщо пірометр вимірює в широкій смузі спектрального випромінювання то такий пірометр називають пірометром повного випромінювання. Колірні інші назви: мультиспектральні спектрального відношення дозволяють...
68011. Виховання і освіта в ранніх цивілізаціях 66.5 KB
  З історії відомо декілька етапів становлення первісної людини. Зокрема, приблизно за 100 тис. років до нашої ери з'являється людина неандертальського типу, котра приблизно у 40 тис. році до н.е., трансформувалася у кроманьйонця. Період між 100 тис. і 40 тис. років до н.е.
68012. Анализ «Что-если» 178.5 KB
  Подбор параметра является удобным средством для решения задач которые имеют точное целевое значение зависящее от одного неизвестного параметра. С помощью Подбор параметра можно определить значение которое будет давать желаемый результат. Есть значение x от которого зависит формула...
68013. Поиск решения 991 KB
  Прежде чем обращаться к инструменту Поиск решения нужно проанализировать задачу и построить математическую модель. Элементы диалогового окна Поиск решения После построения математической модели можно обратиться к средству Поиск решения. Для этого нужно воспользоваться...
68014. Виды магнитопроводов 456.5 KB
  Магнитопровод, или сердечник, однофазного стержневого трансформатора (рис. 12-2, а) имеет два стержня С, на которых размещаются обмотки, и два ярма Я, которые служат для создания замкнутого магнитопровода. Каждая из двух обмоток (/ и 2) состоит из двух частей, расположенных на двух стержнях...
68015. Политика и право при обеспечении информационно-психологической безопасности 68.17 KB
  В истории науки и практики обеспечения информационной безопасности различают несколько этапов. Традиционно эта область безопасности отождествлялась с защитой информации. С появлением и распространением компьютерных сетей в качестве самостоятельного объекта защиты стали рассматривать информационные системы.
68016. Первая медицинская помощь при кровотечениях 21.04 KB
  Кровотечения могут быть внешними когда кровь изливается наружу и внутренними когда целостность кожных покровов не нарушена и кровь изливается в органы или в межтканевые промежутки. При небольших поверхностных поражениях сосудов кровь обычно вытекает в рыхлую клетчатку возникает гематома синяк.