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

98 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

38499. Организационная культура предприятия на примере ООО РИА «Веда-Консультант» 575 KB
  Процесс формирования и развития организационной культуры очень интересен так как появляется возможность регулировать поведение персонала на основе тех ценностей которые актуальны для организации. Все больше руководителей и менеджеров по персоналу сегодня задумываются о необходимости целенаправленного формирования организационной культуры. При этом управление не только соответствует культуре организации сильно зависит от нее но и оказывает влияние на формирование и адаптацию культуры к новой стратегии. Формирование организационной культуры...
38500. Правовая аномия в Украинском обществе 210 KB
  В условиях провозглашенной политическим руководством Украины курса на модернизацию вырисовываются контуры радикальной перестройки сфер общественной жизни которые требуют немалых усилий по преодолению правовой аномии в украинском обществе как массовых неправовых практик населения и маргинализации ценности права. Специфика правовой аномии в украинском обществе не может быть списана только за счет издержек социальной транзиции или концепции культурной самобытности выражающейся в архетипах социальной анархии или имманентного бесправия....
38501. Бухгалтерский учет и аудит затрат на производство продукции (на примере ОАО «Альфа») 862.5 KB
  Для принятия верных решений, обеспечивающих максимальное повышение прибыли и устойчивости предприятия на рынке необходима полная и достоверная информация о затратах, отражаемая в бухгалтерском учете и отчетности. Поэтому, именно учет и аудит затрат на производство продукции является на предприятии одним из важнейших объектов процесса управления.
38502. Особенности художественно-мифологического пространства Дж.Р.Р. Толкина (Властелин колец) 425.5 KB
  В современной лингвистике разработан многосторонний и углублённый подход к анализу художественного текста в рамках которого немаловажную роль играют аспекты когнитивной лингвистики понятие концепта концептуальный анализ. Принципиальная переводимость текста – свидетельство существенного сходства коцептосфер народов [Попова Стернин 1999: 26]. Здесь необходимо отметить что образные и концептуальные признаки выявленные в результате герменевтического анализа художественного текста являются уместными только в пределах данного...
38503. Озеленение отдельных контуров санатория-профилактория ФГУ ЦР ФСС «Вятские Увалы» 6.61 MB
  2 Подбор растений для каменистого сада и характеристика хвойных пород 105 4. Зеленые насаждения с использованием красивоцветущих декоративных растений выполняют эстетическую роль. высокая художественная выразительность зеленых посадок как в открытом так и закрытом грунте их положительное эмоциональное воздействие на человека находятся в прямой зависимости от умело подобранного и разнообразного ассортимента декоративных растений. Строгая геометричность планировки подчеркивается с помощью...
38505. Реконструкция системы электроснабжения центральной части с. Идринское Идринского района 2.03 MB
  Расчет ТП1 линии Л2. Расчет полной S мощности на участках линии определяется по формуле: 1.62кВт; Расчеты показаны только для линии Л1 на трансформаторной подстанции ТП1 а результаты расчетов для остальных линий будут снесены в таблицу 1. Определяем токи на участках линии по формуле 1.
38506. Обработка отверстий детали «переводник шлицевой» без применения технологической оснастки 1.59 MB
  В настоящее время для обработки отверстий применяют различного рода приспособления. При обработке отверстий без использования оснастки возникают такие условия что настройка на операцию обработки внутренних шпоночных пазов происходит с увеличением нормы времени штучное время. Это объясняется тем что количество установок детали ее переустановок время на настройку операции на различных приспособлениях будет различным в зависимости от быстродействия рассматриваемой технологической оснастки. Определение основного времени...