44486

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

Лабораторная работа

Физика

В методических указаниях представлена следующая информация: название лабораторной работы, цель, краткие теоретические сведения, перечень оборудования, методика проведения эксперимента, методика обработки экспериментальных данных, контрольные вопросы, требования к содержанию отчета о лабораторной работе, список литературы, приложение со справочными материалами.

Русский

2014-03-28

2.14 MB

88 чел.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

Определение   индуктивности  катушки. Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Физика» для специальностей 140613, 230105, 280201, 190604,  270103, 240602, 151001, 080501 среднего профессионального образования базового уровня, очной формы обучения – Новоуральск: Изд-во НТИ НИЯУ МИФИ, 2011. –  10 с.

АННОТАЦИЯ

Методические указания к выполнению лабораторной работы «Определение индуктивности катушки» по учебной дисциплине «Физика» предназначены для студентов 1 курса специальностей 140613, 230105, 280201, 190604,  270103, 240602, 151001, 080501 среднего профессионального образования базового уровня, очной формы обучения. В методических указаниях  представлена следующая информация: название лабораторной работы, цель, краткие теоретические сведения, перечень оборудования, методика проведения эксперимента, методика обработки экспериментальных данных, контрольные вопросы, требования к содержанию отчета о лабораторной работе, список литературы, приложение со справочными материалами.

 

Автор:  Зарубина Е.В. – преподаватель колледжа

Рецензент: Попов А.Б. — к.т.н. доцент кафедры  физики НТИ  НИЯУ МИФИ

Редактор: Зарубина Е.В.


СОДЕРЖАНИЕ

1

Цель работы

4

2

Оборудование

4

3

Теория

4

4

Экспериментальная часть

7

5

Вывод о проделанной работе, запись полученных результатов

9

6

Контрольные вопросы

9

7

Требования к содержанию отчета  о лабораторной работе

9

Список литературы

10


1 Цель работы

Цель лабораторной работы - определить опытным путем индуктивность катушки,  её индуктивное и активное сопротивление по результатам измерений геометрических параметров катушки.

2 Оборудование

  1.  Катушка индуктивности
  2.  Штангенциркуль

3 Теория

/Напишите основные определения, понятия, формулы: что такое активное сопротивление, индуктивность, индуктивное сопротивление, энергия магнитного поля/

Активное электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление является характеристикой проводника и не зависит от того, течет ток по проводнику или нет.

Сопротивление проводника зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит. (Сопротивление проводника также зависит от температуры, однако эти  явления в данной работе не рассматриваются).

Таким образом, сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

где

R  - электрическое сопротивление проводника,  Ом;

ρ — удельное сопротивление вещества проводника, Ом·м;

l — длина проводника, м;

S — площадь сечения, м2.

Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины (1м) и единичной площади (1мм2 или 1м2). Величину ρ в системе СИ измеряют в ом-метрах:

[ρ]=Ом·м

Если применить закон Ома для участка цепи:

то можно сказать, что сопротивление R есть  постоянная величина для данного проводника и его  можно рассчитать как

где R — сопротивление;

U — напряжение (разность электрических потенциалов) на концах проводника, измеряется в вольтах;

I — ток, протекающий между через проводник под действием разности потенциалов, измеряется в амперах.

Дополнительные сведения.

Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность, единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом−1).

Индуктивное сопротивление

В цепи переменного тока различают два вида сопротивлений: активное и реактивное. Реактивное сопротивление может быть индуктивным и емкостным. Как было сказано выше, активное сопротивление R — это такое сопротивление, в котором электрическая энергия превращается, в основном, в тепловую энергию (или некоторые другие виды энергии). Таким сопротивлением обладают, например, электронагревательные приборы.

Трансформаторы, электродвигатели, катушки обладают не только активным, но и индуктивным сопротивлением.  

Катушка индуктивности — это винтовая (спиральная) катушка из свёрнутого изолированного проводника, намотанного на каркас, обладающая значительной индуктивностью при относительно малом активном сопротивлении.

 

 

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, которая определяет, какой поток магнитного поля Ф создаст катушка при протекании через неё тока I:

Ф =  L·I

Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется индуктивностью.

Индуктивность   катушки  – это физическая величина, характеризующая способность катушки накапливать энергию магнитного поля. 

Индуктивность  катушки зависит от формы и размеров катушки, числа витков намотки, а также от магнитных свойств окружающей среды (магнитной проницаемости сердечника) и  определяется по формуле:

где:

L  - индуктивность катушки, Гн (генри);

S — площадь сечения  катушки, м2

l — длина катушки, м;

N — число витков;

 -  магнитная постоянная;

μ — магнитная проницаемость материала сердечника

магнитная проницаемость воздуха (вакуума)

Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивное  сопротивление катушки зависит от  индуктивности катушки и частоты  переменного тока и определяется по формуле:

или    

xL =ωL=2πνL          (6).

Пояснения к формуле (6).

ω  - круговая (циклическая) частота,  .

 частота переменного тока, Гц (герц)

- частота переменного тока промышленной сети.  

Как известно  из теории колебаний, частота  связана с периодом и круговой (циклической) частотой соотношениями:

           Из формулы (5) можно определить индуктивное сопротивление и индуктивность катушки. Однако, эта задача осложняется тем, что наряду с индуктивным сопротивлением катушка обычно обладает еще и активным сопротивлением.

Катушка индуктивности способна накапливать магнитную энергию при протекании электрического тока I:

               (7)

где

WМП -  энергия магнитного поля, Дж (джоуль);

L  - индуктивность катушки L, Гн (генри);

I  - электрический  ток, А (ампер).


4  Экспериментальная часть

Задание 1  Расчет индуктивного сопротивления

Общий план расчета

  •  Для расчета индуктивного сопротивления  катушки необходимо знать:  частоту тока и  индуктивность катушки L:

  •  Для расчета индуктивности  катушки L по формуле (4):

необходимо определить геометрические параметры катушки:

длину катушки,  число витков в катушке,   площадь поперечного сечения.

  1.   Определить число витков в катушке N.
    1.   С помощью  штангенциркуля измерить длину катушки l в миллиметрах и выразить в метрах:  

 l = …мм = …м

  1.   Выделить (с  помощью штангенциркуля) на катушке  единичный участок длины,  например, 1см или1мм (в зависимости от размеров катушки), и подсчитать число витков проволоки  на этой  на единице  длины (т.е.  число витков на 1см  или на1мм длины катушки):

n =  …..  витков /на см или мм

  1.   Из формулы:         найти общее число витков катушки N: 

N = n·l

  1.  Измерить диаметр  катушки D и выразить в метрах:  

D = …  мм =…  м

  1.  Рассчитать площадь поперечного сечения катушки S (в метрах):

  1.  Рассчитать индуктивность катушки L  (без сердечника)  по формуле (4):

где  
 -  магнитная постоянная

магнитная проницаемость  воздуха (вакуума)


Задание 2.  Расчет активного сопротивления катушки

  1.  Определить диаметр проволоки катушки и выразить в метрах 

 dпров.= …… мм  =…..  м.

  1.  Найти площадь поперечного сечения проволоки
  2.  Рассчитать длину l1    одного витка   в катушке:  l1 = πD.

где D – диаметр всей катушки, м

  1.  Рассчитать  общую длину всей проволоки lпров. катушки по формуле:

       lпров. = l1 ·N.

где   l1    - длина одного витка, м;

N – число витков катушки.   

  1.  Определить  активное  сопротивление катушки по формуле (1):

(значения приводятся в  справочных таблицах)

Взять значение  

  1.  Найти круговую (циклическую) частоту:

где

- частота переменного тока промышленной сети

  1.  Определить индуктивное сопротивление катушки:

  1.  Определить  полное сопротивление катушки:     

9  Дополнительное задание на повышенную оценку.

Рассчитать индуктивность катушки  L  со стальным сердечником  по формуле (4).  Значения магнитной проницаемости среды взять из таблицы 1 (в соответствии с номером варианта).  Магнитная проницаемость  ферромагнитных веществ (например, железо, кобальт, никель и их соединения) зависит от величины внешнего поля (см. Таблицу 1) и частоты тока.  

Таблица 1   

Магнитная проницаемость некоторых марок

Материал

Магнитная проницаемость стали 

Начальное  

намагничивание

Максимальное

намагничивание

Технически чистое железо

250-400  *) (1 вариант)

3500-4500  *) (3 вариант)

Электролитическое железо

600 (2 вариант)

15000 (4 вариант)

*) взять значение по своему выбору в укавзанных пределах

  1.  Вывод о проделанной работе, запись полученных результатов 

Записать вывод о проделанной работе:

  1.  Кратко описать, что и как сделано в работе (Какие величины измерены, какие величины рассчитаны по каким  формулам).
  2.  Записать полученные результаты (значения индуктивности катушки, индуктивного и активного сопротивлений) с единицами измерений следующим образом:

L  =  ………     Гн

xL  =  …..….     Ом

R  =  ……….    Ом

Примечания.

  •   В окончательной записи результатов значения  всех величин округлить до  2-3 значащих цифр.

  1.  Сравнить значения индуктивного и активного сопротивлений,  написать вывод  из сравнении этих величин.

  1.  Ответить на контрольные вопросы:
  2.  Нарисовать силовые линии магнитного поля катушки индуктивности  (обозначить полюса, направления тока, написать, по какому правилу определяют направление силовых линий)
  3.  Нарисовать силовые линии магнитного поля постоянного магнита  (обозначить полюса, написать, как направлены силовые линии)
  4.  Вычислить энергию магнитного поля, накопленную в катушке индуктивности, рассмотренной в данной  лабораторной работе, если через неё протекает переменный электрический ток  с частотой 100кГц,  а сила тока равна Z ампер  (где  Z – номер студента по списку в журнале)

7  Требования к содержанию отчета о лабораторной работе

Отчет о лабораторной работе должен содержать следующие разделы:

  1.  Титульный лист
  2.  Название работы.
  3.  Цель работы.
  4.  Теоретическая часть.
  5.  Экспериментальная часть – результаты измерений и расчетов
  6.  Вывод, запись результатов  
  7.     Ответы на контрольные вопросы.

 


Список рекомендуемой литературы

  1.  Основная литература
    1.  Дмитриева В.Ф.  Физика (Для профессий и специальностей технического профиля): учебник для образоват. учреждений нач. и сред. проф. образования /В.Ф.Дмитриева. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. –  464 с.
    2.  Дмитриева В.Ф.  Задачи по физике: учеб. пособие для студ.. образоват. учреждений проф. образования /В.Ф.Дмитриева. –  3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 336 с.
  2.  Дополнительная литература
    1.   Жданов Л.С., Жданов Л.Г. Физика: Учебник для средних специальных учебных заведений. - Изд. 4е, исправ. -М.: Наука, 2006. - 512с.
    2.   Рымкевич A. П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: Учебное пособие для общеобразовательных учебных заведений,  -5-е изд., перераб. - М.: Дрофа, 2006. – 192 с.
  3.  Интернет-ресурсы
    1.   http://www.window.edu.ru
    2.   http://www.physicon.ru

  1.  Периодические издания
    1.  Квант /Научно-популярный физико-математический журнал для школьников и студентов. Президиум РАН, Фонд Осипьяна, «Квант», 2006. - ООО НПН OO «Бюро Квантум».
    2.  Атом-пресса /Еженедельная газета российских атомщиков. ООО Атомпресса (Свид-во рег. ПИ №ФС77-37195 от 26.08.09).
    3.  Популярная механика /Popular Mechanics/ Журнал о том, как устроен мир. 2008. - ООО «Фэшн пресс».



ОПРЕДЕЛЕНИЕ   

ИНДУКТИВНОСТИ

КАТУШКИ

Методические указания

для выполнения лабораторной работы

по  учебной дисциплине «Физика»


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54651. РУКОВОДСТВО ПО КОМПЬЮТЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЗАЩИТЕ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ БОЛЬШИХ БОССОВ 816 KB
  Но почему ты думаешь что защита твоей собственной информации любой деловой или личной это менее интимное дело Увы друг мой защита твоей информации или хотя бы чёткое понимание того что это такое и как подобная защита должна строиться это ТВОЁ ЛИЧНОЕ ДЕЛО Не Cos Nоstr хотя твои проблемы могут стать и Нашим Делом тоже а Cos Tu Твоё Дело Разумеется тебе не хочется вникать во все эти тонкости. В этом конечно есть определённая лоrика однако безопасность твоей информации это и есть Большая Проблема уверяю тебя. Но они...
54652. Матеріали до філософсько-психологічного дослідження за романом П.Мирного «Хіба ревуть воли, як ясла повні?» 74.5 KB
  У ньому Панас Мирний відтворив свої враження і спостереження від подорожі а також історію яку він почув від візника про відомого на всю Полтавщину розбійника Гнидку засудженого на каторгу. Мирний був вражений тим що розповідаючи про злющого зарізяку візник здавалося співчував йому. Панас Мирний зацікавився особою Гнидки який у його пам’яті зостався як здоровенний іржавий цвях забитий у білу гладеньку стіну. Почуте у дорозі письменник намагався проаналізувати вдома проникнути в складність суспільного явища знайти коріння що...
54653. Конвенция о правах детей 108 KB
  Здравствуйте, дорогие мальчики и девочки! Посоветуйте, что же мне делать? Наверняка, вы читали сказку «Золушка» и знаете, как я люблю свою семью: отца, мачеху, сестёр своих. Но я сомневаюсь, любят ли они меня так, как я их. Как вы считаете? Почему я должна ночью. Когда мои сёстры спят, шить им бальные наряды? Почему моя мачеха основную работу по дому перекладывает на мои плечи? Разве это правильно?! Иногда мне очень хочется отдохнуть, но я не имею права отдохнуть, я должна всё успеть.
54654. Монополистическая конкуренция 31.16 KB
  Для монополистической конкуренции как рыночной структуры характерно относительно большое число небольших производителей. Эти производители предлагают похожую, но не идентичную продукцию. Дифференциация продукта может осуществляться в различных формах
54655. Защита от ионизирующих излучений 23 KB
  Защита от ионизирующих излучений Ионизирующее излучение – любое излучение взаимодействие которого со средой приводит к образованию в ней зарядов разных знаков т. К ионизирующим относятся: корпускулярные излучения состоящие из частиц с массой покоя отличной от нуля а αчастицы положительно заряженные – обладают высокой ионизирующей и низкой проникающей способностями; они ионизируют среду; б βчастицы отрицательно заряженные – поток электронов электрон – элементарная частица с наименьшим отрицательным электрическим...
54656. Общие сведения о процессе горения 44.5 KB
  Общие сведения о процессе горения Пожар – неконтролируемое горение вне специального очага наносящее ущерб вследствие уничтожения материальных ценностей. в источник зажигания – любое горючее вещество накаленное тело электрический разряд имеющие запас энергии и температуру достаточную для возникновения горения других веществ. Зажигание – воздействие источника зажигания на горючее вещество в присутствии кислорода приводящее к возникновению горения. Огонь – внешнее проявление горения сопровождающееся свечением в пламени.
54657. Углекислотные и порошковые огнетушители 29 KB
  ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ Воздействие на человека электрического тока Воздействие тока на организм человека приводит к: а электротравмам – травмам вызванным воздействием электрической дуги электрические ожоги; электрические знаки; металлизация кожи; механические повреждения – ушибы переломы; б электрическим ударам – вызывающим резкое расстройство нервной системы и как следствие судорожное сокращение мышц сердца поражение дыхательного центра; этот вид воздействия опасен и может привести к смертельному исходу....
54658. Основные требования безопасности ремонтно-наладочных работ в действующих электроустановках 49.5 KB
  Снимать предупреждающие и запрещающие плакаты можно только после оформления записи в журнале об окончании ремонта СИЗ резиновые галоши резиновые коврики головные уборы спецодежда Ремонтные работы на кабельных линиях электропередач ОПФ при ремонте кабельных линий: возможность повреждения кабелей находящихся под напряжением при их раскопках; разрывы в кабельных линиях обычно в муфтах при недопустимом натяжении; опасность...
54659. Классификация зданий по взрывопожарной опасности 38 KB
  Пожароопасная категория В – помещения в которых находятся горючие трудногорючие жидкости твёрдые материалы; склады для хранения бумаги текстильных трикотажных обувных товаров. Пожароопасная категория Г – помещения где находятся негорючие вещества и материалы в горячем раскалённом состоянии; процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла искр и пламени; связанные со сжиганием жидкого твёрдого газообразного топлива. Классификация пожароопасных зон Пожароопасная зона – пространство внутри помещения в...