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

34 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

2521. Определение концентрации носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа 208.6 KB
  Измерили концентрацию носителей заряда и подвижности в полупроводниках различного типа. Установка для измерения концентрации и подвижности носителей заряда.
2522. Определение момента инерции Волочка 49.45 KB
  Изучение динамики сложного движения, сочетающего вращательное движение тела его поступательным перемещением, и определение его момента инерции.
2523. Эффект Рамзауэра 145.76 KB
  Цель работы: познакомиться с сутью эффекта Рамзауэра, изучить рассеяние электронов на атомах ксенона и определить глубину и ширину потенциальной ямы.
2524. Соотношение неопределенностей для фотонов 186.65 KB
  Цель работы: исследовать дифракцию света на узкой щели, объяснить дифракционную картину с волновой точки зрения и с помощью соотношения неопределенностей.
2525. Интерференция света. Кольца Ньютона 138.29 KB
  Цель работы: Получить на экране кольца Ньютона, используя красный и зеленый светофильтры, измерить радиусы нескольких колец, расстояния d1 и d2, рассчитать радиус кривизны линзы.
2526. Электропроводность полупроводников и металлов 130.25 KB
  Цель работы: изучить основы теории электропроводности полупроводников и металлов. Исследовать температурные зависимости для Cu (меди) и Si (кремния), качественно их сравнить.
2527. Расчет цепей постоянного тока 180.38 KB
  Повторение методов расчета цепей постоянного тока, ознакомление с компенсационным методом измерения электродвижущей силы (э.д.с.), измерение э.д.с. гальванического элемента.
2528. Изучение затухающих электромагнитных колебаний с помощью осциллографа 150.84 KB
  Углубление и закрепление знаний по электромагнитным колебаниям, возникающим в колебательном контуре, усвоение методики использования электронного осциллографа для исследования электрических сигналов.
2529. Изучение вынужденных колебании в электрическом контуре 92.66 KB
  Вынужденными называются колебания, в процессе которых система подвергается внешнему периодически изменяющемуся воздействию. В конкретном случае электрического колебательного контура это означает, подключение к контуру внешней электродвижущей силы ε периодически изменяющейся со временем и создающей в контуре переменное электрическое напряжение.