99700

Взаимоиндукция на примере двух коаксиально расположенных катушек индуктивности

Лабораторная работа

Физика

Сформулируйте закон электромагнитной индукции и правило Ленца. В чём состоит явление взаимной индукции. От чего зависит взаимная индуктивность. На замкнутом железном сердечнике с магнитной проницаемостью...

Русский

2016-10-08

46.21 KB

0 чел.

Цель работы: изучить явление взаимоиндукции на примере двух коаксиально

расположенных катушек индуктивности.

Задача: определить коэффициент взаимной индукции двух катушек индуктив-

ности, исследовать зависимость коэффициента взаимоиндукции от вза-

имного расположения катушек индуктивности и от частоты подаваемо-

го напряжения.

Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ – 05, генератор сигналов синусои-

дальной формы, двухлучевой электронный ос-

циллограф.

ВВЕДЕНИЕ

Потоком вектора B магнитной индукции (магнитным потоком) сквозь ма-

лую поверхность d S называется физическая величина

dФ= Вd= S Bn  d S =Bd S cos B nгде d S n d Sn- единичный векторнормали к площадке d S , B – проекциявектора Вна направление нормали.Магнитный поток сквозь произвольнуюповерхность S :

Ф= S Bd S= SB n d S. (1)

Если магнитное поле однородно, а поверхность S плоская, то

Ф =B d S= BS cosB,nBS cosn , (2)

где - угол между векторами B и n (рис.1).

Тогда согласно закону электромагнитной индукции (закону Фарадея) в лю-

бом замкнутом проводнике контура при изменении магнитного потока, охватываемого этим контуром, возникает ЭДС (электродвижущая сила) индукции:

 инд ,                                                     (3)

которая пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф . Знак минус соответствует правилу Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, охватываемую контуром, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему индукционный ток. Рассмотрим скорость изменения магнитного потока:

     (4)

Несущественно, чем вызвано изменение потока – деформацией контура, его перемещением в магнитном поле или изменением самого поля с течением времени, то есть при выполнении любого из трёх условий в контуре возникает ЭДС индукции. Рассмотрим последний случай, когда меняется магнитное поле, то есть  0

Так как магнитное поле создаётся контуром с током, то по закону

Био-Савара-Лапласа индукция магнитного поля зависит от тока, то есть

B BI − магнитная индукция – функция тока, то и магнитный поток Ф прямопропорционален току I в контуре:

ФLI , (5)

где L - коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью

контура, его величина зависит от геометрических размеров контура и магнитных свойств той области пространства, в которой находится контур.

Возьмём два контура 1 и 2, близко расположенные друг к другу (см. рис.2).

В контуре 1 ток 1 I создаёт через контур 2 полный магнитный поток:

Ф M I (6)

При изменении силы тока 1 I магнитный поток сквозь контур 2 изменяется, следовательно, в нём индуцируется ЭДС:

 инд = - M ,  (7)

Если поменять местами контуры 1 и 2 и повторить все предыдущие рассуждения, то получим магнитный поток через контур 1 Ф M I и ЭДС

 инд = - M ,  (8)

Контуры 1 и 2 – связанные; явление возникновения ЭДС в одном из конту-

ров при изменениях силы тока в другом называется взаимной индукцией. Ко-

эффициенты пропорциональности 21 M и 12 M называются коэффициентами взаимной индукции контуров. Они зависят от формы, размеров и взаимного расположения контуров, а также от магнитной проницаемости среды. В отсутствие ферромагнетика M21  M12  .

Единицей измерения индуктивности и взаимной индуктивности является

генри (Гн). Индуктивностью в 1 Гн обладает контур, магнитный поток через

который равен 1Вб при токе 1 А.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В данной работе определяют взаимную индуктивность двух катушек

(длинной катушки 1 L и короткой катушки 2 L , которую надевают на катушку 1 L и могут перемещать вдоль её оси). Обе катушки размещены внутри корпуса блока ФПЭ-05; с помощью переключателей 1 П , 2 П и выходных клемм катушки могут быть подключены к генератору синусоидального напряжения и осциллографу. Принципиальная схема установки представлена на рисунке 3. Питание катушки 1 L осуществляется от генератора, напряжение

U U cost 0 (9)

с которого подаётся через резистор сопротивлением R . Сопротивление R

установлено в блоке ФПЭ-О5, 4 R 10Ом и удовлетворяет условию

R ›› где 1 L − индуктивность катушки 1 L , 1 R− её активное сопротивление, − циклическая частота синусоидального

напряжения на катушке индуктивности 1 L . В этом случае силу тока, протекающего через катушки 1 L , можно определить по формуле

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Изучить установку для изучения взаимоиндукции. Включить её в сеть 220 В идать прогреться в течении 3-5 минут.

УПРАЖНЕНИЕ 1.

ИЗМЕРЕНИЕ ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ 21 M И 12 M И ИССЛЕДО-

ВАНИЕ ИХ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ КАТУ-

ШЕК.

1. С помощью кабеля подключить выход генератора с входом Y осциллогра-

фа. Ручкой изменения выходного напряжения подать на осциллограф сиг-

нал амплитудой 1-2 В, а частоту − в пределах 30 − 100 кГц. Амплитуду

сигнала на осциллографе измерить с помощью масштабных делений на

экране, а затем умножить на коэффициент отклонения луча по вертикали.

Далее установленное значение напряжения в упражнении 1 не менять!

2. Отключить кабель от осциллографа и подключить приборы, как показано

на рис.4. С помощью переключателей 1 П и 2 П установленное напряжение подать на катушку 1 L , а ЭДС с катушки 2 L на осциллограф.

3. Установить подвижную катушку 1 L в крайнее положение. Перемещая её

в противоположное крайнее положение через каждый сантиметр, запишите значения ЭДС магнитной индукции 02 в цепи катушки 2 L , измеренные с помощью осциллографа (см. п. 1).

4. По формуле (14) рассчитать 21 M . Данные измерений и вычислений занести

в таблицу 1.

5. С помощью переключателей 1 П и 2 П поменяв местами катушки 1 L и 2 L ,

повторить измерения по п. 3−4. 12 M рассчитать по формуле (15).

6. Построить графики зависимости 21 M и 12 M как функции координаты

Z ( Z − расстояние между центрами катушек 1 L и 2 L ).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Сформулируйте закон электромагнитной индукции и правило Ленца.

2. В чём состоит явление взаимной индукции? От чего зависит взаимная ин-

дуктивность?

3. На замкнутом железном сердечнике с магнитной проницаемостью намо-

таны две катушки с числом витков 1 N и 2 N . Вывести формулу для взаим-

ной индуктивности, если длина сердечника l , а площадь поперечного се-

чения S .

4. Привести примеры применения явления взаимной индукции.

5. Как следует расположить две круглые плоские катушки, чтобы их взаим-

ная индуктивность была максимальна? минимальна (не разнося их на

большое расстояние)?

6. Если у соленоида имеется железный сердечник, будет ли его индуктив-

ность L постоянной?

7. Два соленоида обладают одинаковыми длиной и площадью поперечного

сечения. Обмотки обоих соленоидов плотно намотаны, но у одного более

толстым проводом, чем у другого. У какого из соленоидов будет больше

индуктивность?

8. Возникает ли индукционный ток в проводящей рамке, поступательно дви-

жущейся в однородном магнитном поле?

9. Покажите, что закон Фарадея есть следствие закона сохранения энергии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Практикум по физике. Электричество и магнетизм. Под ред.

Ф.А.Николаева.-М.: Высшая школа, 1991.-151 с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики.-М. :Высшая школа, 1997.-542 с.

3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.-М.: Наука, 1985.-512

с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48420. Слідчі дії та кримінальне судочинство 207.37 KB
  Підстави проведення негласних слідчих розшукових дій. Засоби що використовуються під час проведення негласних розшукових дій Лекція 3. Негласні слідчі розшукові дії законодавець визначив як різновид слідчих розшукових дій відомості про факт та методи проведення яких не підлягають розголошенню за винятком випадків передбачених Кримінальним процесуальним кодексом України ч. В зв’язку з цим авторським колективом Національної академії внутрішніх справ підготовлено курс лекцій за актуальними питаннями організації та тактики проведення...
48421. ТЕОРІЯ ТЕКСТУ 191.71 KB
  ТЕОРІЯ ТЕКСТУ Ознаки тексту. Функції тексту. Функції журналістського тексту.
48422. Мотиваційні цілі 115.64 KB
  Напрями аналізу результатів виконання завдання: якими були критерії вашого вибору характеристик життєвого успіху Реалізування яких з них обумовлене вашим умінням справляти враження Методика “Уявлення ціліâ€ за К. Далі на смужці яка є уявним шляхом досягнення цілі слід розташувати головну ціль або декілька цілей. Після виокремлення цілей подумки здійсніть подорож шляхом досягнення цілі.
48423. Методична розробка залікового виховного заходу Людина починається з добра 32.85 KB
  Вступне слово вчителя. Усе своє життя, з самого дитинства, людина пізнає, що таке добре, а що таке погане. Ми сьогодні поспілкуємося з вами про доброту. Готуючись до цієї виховної години ви дали письмову відповідь на запитання: «Якою людиною тобі хочеться стати?». Ви всі хотіли стати сильними, мужніми, красивими, здоровими, багатими, розумними, винахідливими, але, чомусь, ніхто не згадав про доброту, про те, що хотів би в першу чергу, бути добрим і милосердним
48424. ОСНОВИ НАУКОВОГО ПЕДАГОГІЧНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ 45.8 KB
  ОСНОВИ НАУКОВОГО ПЕДАГОГІЧНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛАН Методологія педагогічного дослідження. Принципи педагогічного дослідження. Основні вимоги до проведення педагогічного дослідження. Логіка педагогічного дослідження.
48425. Создание интерактивных фильмов. Виды фильмов 1.24 MB
  Виды фильмов Простой Интерактивный Flsh воспроизводит кадры временной диаграммы в определённой последовательности которая неизменима Пользователь имеет возможность перейти к некоторому фрагменту сцене перемешать объекты ввести информацию ction Script – это объектноориентированный язык программирования Сценарий – набор инструкций на языке ction Script События – достижение определённого кадра нажатие пользователем мыши наведение курсора и т. Объекты в ction Script могут содержать данные и их графическое представление в виде символа...
48426. ТЕОРІЯ ЕТНОСУ. КУРС ЛЕКЦІЙ 584.45 KB
  ТЕОРІЯ ЕТНОСУ КУРС ЛЕКЦІЙ Рекомендовано Міністерством освіти України як навчальний посібник Київ ТАНДЕМ У навчальному посібнику етнічне зовсім не розглядається як світ упредметнених цінностей а береться лишень як цінність духовна. Автор не вдається до конкретного аналізу фольклору прикладного мистецтва мови тощо а здійснює теоретичне узагальнення даних етнопсихології етносоціології якоюсь мірою етнополітики вбачаючи в цьому головне завдання теорії етносу. До речі у цьому ми й вбачаємо власне кажучи головне...
48427. Психологія. Конспект лекцій 167.89 KB
  Така взаємодія вимагає знань про закономірності формування і розвитку особистості; особливостей прояву психічних процесів і станів; адаптації до умов праці і життєдіяльності; формування і результативного функціонування трудового колективу; професійної етики фахівця. Психологія особистості 17 ТЕМА 3: Формування та розвиток особистості 25 ТЕМА 4. Пізнавальна діяльність особистості 36 ТЕМА 5: Психологія діяльності 46 ТЕМА 6 Психологія спілкування 55 ТЕМА 7 Особистість і соціальні групи 65 ТЕМА 8: Міжособистісні відносини та...
48428. Отраслевой состав инфраструктуры транспорта 645.23 KB
  Территориальные уровни транспортной инфраструктуры магистральная общегосударственная региональная местная отражают масштаб размещение производительных сил хозяйственную структуру обслуживаемой ею территории. Рассчитывают транспортные показатели: удельные затраты работы в ткм на тонну произведенной продукции которые выражаются средним радиусом зон влияния предприятий расположенных на данной территории. показатели густоты сети относительно территории и населения веса отправленных грузов.