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

100 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

50713. Ознайомлення з приладами та пристроями для вимірювання витрат енергоносіїв 132 KB
  Витрата рідини що вимірюється в одиницях обєму називається обємною Vτ наприклад м3 с а в одиницях мас масовою Мτ кг с. Звязок між ними Мτ= Vτρ де ρ кг м3 густина рідини. Обєм рідини як правило не є одиницею кількості речовини оскільки для однієї і тієї ж кількості рідини він залежить від температури і тиску або питомого обєму. За необхідності із цього поняття виокремлюють краплинні рідини і гази.
50714. Исследование работы фланцевого соединения 86.5 KB
  Эксперимент начинается со снятия показаний тензодатчиков при разгруженных болтах. Затяжка каждого болта контролируется по изменению показаний прибора ВСТ4. Значения показаний прибора разгруженных Поi и затянутых Пi болтов заносятся в таблицу 3 причем разность показаний для каждого болта не должна отличаться от расчетной более чем 15.
50715. Исследование фазового резонанса в цепи с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений 108 KB
  Цель работы: уяснить условия получения резонанса напряжений экспериментально исследовать явление резонанса напряжений в зависимости от изменения либо реактивного сопротивления либо частоты исследуемой цепи. Резонанс напряжений называется такой пассивной электрической цепи переменного тока с последовательным соединением активного индуктивного и емкостного сопротивлений при котором входное реактивное сопротивление равно нулю. При резонансе напряжений напряжение на входе цепи совпадает по фазе с током т.
50716. Исследование колебаний вращающегося вала 324 KB
  Изза неточности изготовления и сборки центры масс деталей как правило не находятся на оси вращения вала т. При вращении вала вследствие дисбаланса возникают переменные по направлению силы инерции дополнительно нагружающие вал и его опоры и вызывающие механические колебания системы. В связи с этим необходимо исследование колебаний вращающегося вала.
50717. Определение напряжений в днищах, нагруженных внутреннем давлением 216 KB
  Цель работы: Задачи исследования: Теоретический расчет напряжений и деформаций в эллиптическом и плоском днищах нагруженных внутренним давлением; Экспериментальное определение напряжений и деформаций в днищах сравнение их с расчетными значениями; Сравнение днищ различной формы с точки зрения возникающих в них напряжений Теоретическая часть Напряжения и деформации в эллиптических днищах нагруженных внутренним давлением В инженерной практике для расчета напряжений и деформаций пользуются...
50718. Исследование распределения напряжений в эллиптическом и коническом днищах 441.5 KB
  Расчет напряжений и деформаций в днищах нагруженных внутренним давлением. Экспериментальное определение напряжений и деформаций в днищах. Анализ результатов теоретической и экспериментального исследования напряженного...
50719. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ 595.5 KB
  Экспериментальное определение основных соотношений между токами, напряжениями и мощностями в симметричных и несимметричных цепях. Исследование различных режимов работы трехфазной цепи. Выяснение практической роли нейтрального провода.
50720. Анализ напряженного состояния аппарата, нагруженного внутренним давлением и изгибающим моментом 253.5 KB
  Из приведенных соотношений видно что напряжения вызванные внутренним давлением р постоянны не зависят от положения сечения на оболочке. При изгибе колонны в её стенках возникают нормальные в меридиональном направлении а также касательные напряжения которыми в виду их малости можно пренебречь. Меридиональные напряжения определяются по...
50721. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 213.5 KB
  Цель работы Совершенствование навыков снятия вольтамперных характеристик ВАХ нелинейных элементов. Некоторые нелинейные элементы на отдельных участках ВАХ имеют малое стабилитрон или отрицательное терморезистор динамическое сопротивление. Для снятия таких ВАХ необходимо предусмотреть включение в схему эксперимента последовательно с нелинейным элементом добавочного резистора Rд рис. ВАХ линейного резистора проходит через начало координат поэтому для ее построения достаточно экспериментально получить одну точку.