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

10 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

61526. Открытый урок по физической культуре 23.2 KB
  Описание упражнения Дозировка Методические указания Подготовительная часть 12 15 минут Построение и расчет группы 1 минута Четкая формулировка согласно правилам и произнесение команд Упражнения в ходьбе...
61527. Праздники 17.56 KB
  Задачи урока 1. Активизация знакомой лексики по теме Праздники 2. Применение учащимся знаний времен английского глагола: The Present Simple tense, The Past Simple tense, The Future Simple tense, The Present Progressive tense...
61528. Альберт Эйнштейн. Специальная теория относительности 190.67 KB
  Статья отнесена к разделу: Преподавание физики Во всем виноват Эйнштейн. Подготовка к уроку: Подготовка наглядности к уроку: портреты Эйнштейна в позднем возрасте карикатуры на него портрет Амадея Моцарта...
61529. Духовная жизнь: достижения и потери 30.63 KB
  Цели урока: 1)образовательные: Помочь учащимся целостно представить проект изучения новой темы и сформировать представление о причинах идеологического наступления на культуру. 2) развивающая: Развитие информационной культуры учащихся, умение структурировать информацию...
61530. Животные 21.94 KB
  Подготовка к новому материалу 10 мин Физ. минутка 1 мин Объяснение новой темы 15 мин Физ. минутка 1 мин Закрепление пройденного 10 мин Итог урока 2 мин Ход урока Этап работы Содержание работы Примечание...
61531. Использование элементов фольклора по теме «Глагол» 36.86 KB
  Цель: Научить детей распознавать глагол как часть речи на примере устного народного творчества. б Закреплять умение ставить вопрос к глаголу.
61534. Понятие об одушевленных и неодушевленных существительных 20.54 KB
  Цель урока: открыть новые знания: имена существительные которые отвечают на вопрос: Кто обозначающие живой предмет живых существ умеющих самостоятельно бегать летать плавать хватать пищу наделенные душевными переживаниями называются одушевленными...