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

82 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

49055. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОТИРОВОК АКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОСЕТИ 253 KB
  Сущность акций Факторы влияющие на котировки акций Прогнозирование котировок акций с применением Нейросимулятора
49056. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ НЕПРИРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ 2.06 MB
  Вид модуляции сигнала во второй ступени – ЧМ. С учётом заданного вида модуляции сигнала определить его параметры характеризующие форму и требуемое значение полосы пропускания приёмного устройства. По полученному значению вероятности ошибки по формулам потенциальной помехоустойчивости найти минимальное значение отношения мощностей сигнала и помехи необходимое для обеспечения допустимого уровня искажения кода за счёт действия помех. Рассчитать требуемое значение полосы приёмника при использовании сложного сигнала.
49057. Расчет проходной (методической) печи 23.07 MB
  Определение основных размеров печи. Проходные методические печи чаще всего принимаются для нагрева слитков металла перед прокаткой для придания им пластичности. В зоне сжигания топлива температура максимальная на 100200оС выше конечной температуры нагрева металла к концу печи она уменьшается. При нагреве тонких изделий время нагрева могло бы быть уменьшено при поддержании высокой температуры по всей длине печи.
49058. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ НОВОСИБИРСК – КРАСНОЯРСК 814.5 KB
  Разработана линейная часть волоконно-оптической системы передачи данных со следующими параметрами: скоростью передачи 136264 Мбит с; рабочей длиной волны 1550 нм; протяженностью трассы 761 км; вероятность ошибки BER – не более 10–10; энергетическим бюджетом в 40 дБ; избыточностью системы 27; коэффициентом готовности 0.Скорость передачи определяется исходя из п. Волоконная оптика: компоненты системы передачи измерения.
49059. Создание новой нейросистемы (разработанной в программе разработчиков Borland Delphi 2006) 870 KB
  Нейронные сети. Нейронные сети и нейрокомпьютеры -– это одно из направлений компьютерной индустрии в основе которого лежит идея создания искусственных интеллектуальных устройств по образу и подобию человеческого мозга1. Искусственные нейронные сети представляют собой устройства использующие огромное число элементарных условных рефлексов называемых по имени недавно умершего канадского физиолога синапсами Хебба. Уже сейчас искусственные нейронные сети применяются для решения очень многих задач обработки изображений управления роботами и...
49060. Сканирующая туннельная микроскопия 1.64 MB
  История создания сканирующего туннельного микроскопа Сканирующие элементы зондовых микроскопов Недостатки пьезокерамики Устройства для прецизионных перемещений зонда и образца Шаговые электродвигатели Шаговые пьезодвигатели Измерительные методики СТМ Топографический режим Токовый режим Туннельная спектроскопия ВАХ контакта металлметалл ВАХ контакта металл полупроводник ВАХ контакта...
49061. Изготовление зубьев ковша экскаватора с применением стали 110Г13Л 604 KB
  Разработка технологического процесса термической обработки стали. Расшифруйте состав и определите группу стали по назначению; объясните назначения введения Mn в эту сталь; назначьте режим термической обработки и опешите структуру после термообработки. Совершенство производства выпуск современных разнообразных машиностроительных конструкций инструмента специальных приборов и машин невозможны без дальнейшего развития производства...
49062. Развитие творческого мышления младших школьников на уроках математики 771.5 KB
  Задачи как средство развития творческого мышления младших школьников. Систематическая работа учителя в режиме творческого обучения когда ежедневно ученикам на уроках предлагается решить по желанию на выбор нестандартные задачи способствует формированию положительного отношения к заданиям проблемно-поискового характера критичности мышления и умению проводить миниисследования; содействует проявлению более высокой степени самостоятельности в постановке вопросов и поиска решений. Поэтому очень важно в круг...
49063. Гидравлический расчет трубопроводов 289.5 KB
  Определяем скорость движения на первом участке м с движение турбулентное Определим коэффициент сопротивления Rэабсолютная шероховатость трубы Потери напора на трение...