50050

Определение индуктивности соленоида и коэффициента взаимной индуктивности с помощью исследования вынужденных колебаний в RL – цепи

Лабораторная работа

Физика

Определение индуктивности соленоида и коэффициента взаимной индуктивности с помощью исследования вынужденных колебаний в RL-цепи. Цепь состоит из генератора резистора обладающего активным электрическим сопротивлением цепи R и катушки индуктивности обладающей реактивным индуктивным сопротивлением 1 w = 2pn циклическая частота колебаний. Фаза колебаний напряжения на индуктивности опережает фазу колебаний напряжения...

Русский

2014-01-14

293 KB

37 чел.

Лабораторная работа № 5.21*

Определение индуктивности соленоида и коэффициента взаимной индуктивности с помощью исследования вынужденных колебаний в RL – цепи.

Цель: экспериментально определить индуктивность соленоида и взаимную индуктивность двух соленоидов.

Приборы и принадлежности: генератор многофункциональный АНР-1002, блок амперметра-вольтметра АВ1, стенд с объектами исследования С3-ЭМ01, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения:

Рассмотрим вынужденные колебания, происходящие в цепи, изображенной на рис. 1. Цепь состоит из генератора, резистора, обладающего активным электрическим сопротивлением цепи R и катушки индуктивности, обладающей реактивным индуктивным  сопротивлением  

,                                                        (1)

( w = 2pn - циклическая частота колебаний). Фаза колебаний напряжения на индуктивности опережает фазу колебаний напряжения на резисторе на π/2. С учетом сдвига фаз между колебаниями напряжения на резисторе и катушке индуктивности общее сопротивление цепи определяется по формуле

.                                   (2)

По закону Ома напряжение на генераторе  UГ и напряжение на резисторе UR соответственно запишутся

,                                      (3)

.                                                      (4)

Разделив (3)  на  (4), получим формулу для расчета индуктивности катушки, включенной в контур, через экспериментально определяемые параметры e, UR, R,w.

.                                                 (5)

На рис. 2 изображена система двух последовательно соединенных соленоидов, имеющих  общий магнитный поток. В случае сонаправленных полей (рис. 2 а) общая индуктивность такой системы равна

,                                                 (6)

где L12 – коэффициент взаимной индуктивности двух соленоидов.

Взаимная индуктивность это коэффициент пропорциональности между током в одном из соленоидов и потокосцеплением взаимной индукции.

В случае магнитных полей направленных навстречу друг другу (рис. 2 б) имеем

                                               (7)

Из уравнений (6) и (7) коэффициент взаимной индуктивности определяется по следующей формуле 

                                                   (8)

а

б

Рис. 2

Порядок выполнения работы

  1.  Соберите схему, приведенную на рис. 1, используя в качестве сопротивления резистор R2 и соленоид с индуктивностью L1.
  2.  Убедитесь, что отжаты клавиши регулировки симметрии фронта 4 (SYMMETRY) и клавиша регулировки постоянной составляющей сигнала 5 (OFFSET). На блоке переключателей для управления режимом качания частоты 7 (SWEEP) зафиксируйте конечную частоту, нажав кнопку STOP  и отжав ON .
  3.  Подключите питание генератора клавишей включения и выключения питания 1 (POWER) и блока амперметра-вольтметра АВ1 клавишей СЕТЬ на передней панели блока.
  4.  На генераторе АНР-1002 с помощью переключателей выбора формы выходного сигнала 14 выберите синусоидальный сигнал . С помощью клавиш установки частотного диапазона 3 (клавиши  и  ) и регулятора частоты выходного сигнала 11 (FREQUENCY) установите частоту выходного сигнала генератора в интервале от 10 до 15 кГц .
  5.  Произведите измерения напряжения на генераторе UГ, подключив вольтметр к генератору. Измерьте напряжение на резисторе UR. Данные занести в табл. 1 вместе с частотой сигнала генератора, которая изображается на индикаторе генератора АНР-1002.
  6.  Изменяя частоту генератора с помощью регулятора частоты выходного сигнала 11 (FREQUENCY) (но не выходя за пределы указанного диапазона частот), повторите измерения п. 2 еще два раза. Результаты измерений занесите в табл. 1.
  7.  Повторите все измерения в п.5 и п. 6, используя в качестве индуктивности соленоид L2. Данные занесите в табл. 2.
  8.  По данным таблиц 1 и 2 с помощью формулы (5) определите индуктивности L1 и L2. Результаты обработайте по методу косвенных невоспроизводимых измерений.
  9.  Соедините последовательно два соленоида с индуктивностью L1 и L2 для случая сонаправленных полей, собрав схему, изображенную на рис. 2а, используя в качестве резистора R2 (обратите внимание на соединения катушек согласно расположению точек).
  10.  Определите напряжения на генераторе UГ и на резисторе UR, результаты занесите в табл. 3 вместе с частотой сигнала генератора. По формуле (5) определите индуктивность системы катушек Lоб1 в случае сонаправленных полей. Результат занесите в табл. 3.
  11.  Соедините последовательно два соленоида с индуктивностью L1 и L2 для случая противоположно направленных полей, собрав схему, изображенную на рис. 2б, используя в качестве резистора R2 (обратите внимание на последовательность соединения катушек согласно расположению точек). Определите напряжения на генераторе UГ и на резисторе UR, результат занесите в табл. 3 вместе с частотой сигнала генератора. По формуле (5) определите индуктивность системы катушек Lоб2 в случае полей, направленных навстречу друг другу. Результат занесите в табл. 3.
  12.  По данным табл. 3, используя формулу (8), рассчитайте значение коэффициента взаимной индукции L12. Результат занесите в табл. 3.

Таблица 1

R

Ом

n

кГц

UГ

В

UR

В

L1

мГн

<L1> мГн

D L1 мГн

e

%

1

150

2

3

Таблица 2

R,

Ом

n

кГц

UГ

В

UR

В

L2

мГн

<L2> мГн

DL2 мГн

e

%

1

150

2

3

Таблица 3

R

Ом

n

кГц

UГ

В

UR

В

L, мГн

L12

мГн

сонаправленные (рис.2а)

150

противоположно направленные (рис.2б)

Контрольные вопросы

1. Индуктивность в цепи переменного тока. Сдвиг фаз между колебаниями напряжения и тока. Индуктивное сопротивление.

2. Вынужденные колебания в RL – цепи. Напряжение на различных участках цепи.

3. Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида.

4. Явление взаимной индукции. Метод определения коэффициента взаимной индукции в данной лабораторной работе.

Рис. 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23031. Побудова матричної функції Гріна та інтегральної моделі динаміки систем з розподіленими параметрами в необмеженій просторово-часовій області 249.5 KB
  Функція Гріна динаміки систем з розподіленими параметрами в необмежених просторовочасових областях.10 а також з того що шукана матрична функція Gss' є розвязком рівняння 1.1 де визначені вище матричні диференціальні оператори та матрична функція одиничного джерела. А це означає що матрична функція відповідає фізичному змісту задачі а розвязок її дійсно представляється співвідношенням 1.
23032. Дискретний варіант побудови та дослідження загального розв’язку задачі моделювання динаміки систем з розподіленими параметрами 586 KB
  Псевдообернені матриці та проблеми побудови загального розвязку системи лінійних алгебраїчних рівнянь. З цією метою виділимо в матриці C r лінійно незалежних стовпців. Враховуючи що всякий стовпець матриці C може бути розкладений за системою векторів як за базисом матрицю C подамо у вигляді де вектор коефіцієнтів розкладу стовпця матриці С за базисом .10 ранг основної матриці дорівнює рангу розширеної.
23033. Моделювання дискретизованих початково-крайових 244 KB
  Постановка задачі та проблеми її розвязання.4 в розвязку 1.23 вектора векторфункції та матричної функції проблему розвязання задачі 4.6 в залежності від співвідношень між та може мати точний розвязок або визначене згідно 4.
23034. Моделювання неперервної початково-крайової задачі динаміки систем з розподіленими параметрами 355.5 KB
  Моделювання неперервної початковокрайової задачі динаміки систем з розподіленими параметрами 5. Постановка задачі та проблеми її розвязання. Розглянутий вище варіант постановки та розвязання проблеми моделювання початковокрайової задачі динаміки системи 1.5 Для того щоб методику розвязання дискретизованої задачі моделювання динаміки розглядуваної системи розвинуту в рамках лекції 3 успішно узагальнену далі лекція 4 на задачі моделювання дискретизованих початковокрайових умов неперервними функціями та поширити на задачу 5.
23035. Моделювання динамічних систем з розподіленими параметрами при наявності спостережень за ними 563 KB
  Відомі функції невідомі 6. Відомі функції невідомі 6. Відомі функції невідомі 6. Відомі функції невідомі 6.
23036. Задачі оптимізації структури лінійних динамічних систем з розподіленими параметрами 289.5 KB
  Задачі оптимізації структури лінійних динамічних систем з розподіленими параметрами 7. Розглянуті вище задачі моделювання початковокрайових умов див. Розглянемо варіант розвязання задачі моделювання коли розвязок її знаходиться шляхом обернення системи інтегральних рівнянь 7.14 помилки розвязання задачі моделювання 7.
23037. Дослідження та оптимізація структури дискретизованих динамічних систем 335.5 KB
  вказувалося що структура матриці С та векторів визначається вибором точок розміщення спостерігачів та керувачів системи проблеми оптимального розміщення яких будуть розвязані якщо будуть знайдені явні залежності матриці від елементів множин координат спостерігачів та координат керувачів. Будуть побудовані аналітичні залежності елементів матриці від довільного елемента множини та елемента множини а також формули диференціювання матриці по цих елементах. В процесі розвязання цієї проблеми будуть побудовані формули...
23038. Оптимізаційні методи в задачах моделювання дискретних початково-крайових умов 325 KB
  Постановка задачі та проблеми її розвязання. Поставлені вище задачі а також запропоновані там алгоритми їх розвязання досить широкі і можуть бути використані для оптимізації розміщення входіввиходів довільної лінійної системи в тому числі і для розвязання задачі оптимізації розміщення спостерігачівкерувачів при моделюванні дискретизованих початковокрайових умов дискретно розміщеними фіктивними зовнішньодинамічними збуреннями. Більш точною і більш природною постановкою задачі моделювання дискретизованих початковокрайових умов є...
23039. ОПЕРАЦІЙНІ ПІДСИЛЮВАЧІ (позитивний зворотній зв’язок) 436.5 KB
  Форма генерованої напруги може бути різноманітною: гармонічною прямокутною пилкоподібною або будьякою іншою. У підсилювачі із негативним зворотним звязком у відсутності вхідного сигналу будьяка флуктуація напруги на вході підсилена операційним підсилювачем на виході придушується ланкою негативного зворотного звязку тобто сама себе послаблює. В кінці кінців на виході встановиться напруга близька до напруги живлення додатної чи відємної в залежності від полярності початкової флуктуації. Припустимо що в момент включення на виході...