ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ВЗАЄМОІНДУКЦІЇ. Лабораторна робота з Фізика. Робота № 521031

ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ВЗАЄМОІНДУКЦІЇ

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Інші

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2013

Тип роботи:

Лабораторна робота

Предмет:

Фізика

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника Фізико-технічний факультет Кафедра теоретичної та експериментальної фізики Лабораторна робота ФПЕ-05м ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ВЗАЄМОІНДУКЦІЇ. м. Івано-Франківськ Мета роботи: дослідження явища взаємоіндукції двох коаксіально розташованих котушок. Загальні відомості Розглянемо два індуктивно зв'язаних контури із струмами I1 і I2 (рис.1), які мають N1 і N2 витків відповідно і коефіцієнти самоіндукції L11 і L22. Повний потік вектора магнітної індукції В, охоплений витками першого контуру (1) де Ф1 – магнітний потік крізь перший контур, створений струмом I1; Ф11 – частина магнітного потоку в першому контурі, створена струмом I1, Ф12 – частина магнітного потоку в першому контурі, створена струмом I2. Аналогічно повний потік, який пронизує витки другого контуру (2) Магнітні потоки в кожному контурі пропорційні струму в них (3) (4) Потік Ф12, створюється магнітному полем струму I2 в другому контурі. Тому: , де L12 – коефіцієнт взаємоіндукції першого контуру. Аналогічно для другого контуру Тоді рівняння (1) і (2) перепишемо (5) Відповідно ЕРС індукції, які виникають в контурах, будуть (6) (7) На основі теореми взаємності, яка встановлює зв'язок між двома джерелами струму і створеними ними ж полями в місцях розташування джерел у неферомагнітних середовищах, можна стверджувати, що коефіцієнти взаємоіндукції довільних двох контурів рівні: Доведемо це для двох індуктивно зв'язаних контурів, по яких проходять струми I1 і I2. Припустимо, що контур, в якому протікає струм I1, нерухомий, а контур, в якому протікає струм I2, переміщається з нескінченності в задане положення. При цьому магнітний потік крізь другий контур, створений струмом в першому контурі, змінюватиметься від 0 до Ф12, а робота по його переміщенні Якщо другий контур нерухомий, а перший переміщається з нескінченності в задане положення, то виконується робота У кожному з наведених випадків робота визначається мірою взаємної енергії в контурах із струмами І її значення не залежить від того, який з контурів переміщався. Отже А1=А2, і L12=L21. Коефіцієнт взаємоіндукції є мірою магнітного зв'язку між контурами і залежить від геометричної форми, розмірів і взаємного розміщення контурів зі струмами, а також магнітних властивостей середовища, де розташовані контури. В системі СІ коефіцієнти взаємної індукції вимірюються в Генрі. Розрахунки коефіцієнта взаємної індукції в загальному випадку є достатньо складними. Метод вимірювань У даній роботі вивчається явище взаємної індукції між двома близькими за розмірами котушками 1 і 2. Котушка 1 вставляється в котушку 2 і може переміщатися уздовж її осі. Живлення котушок (наприклад, котушки 1) здійснюється від генератора, що працює на частоті (f) 50 Гц, напруга з якого (8) подається через опір R. Знаючи величину спаду напруги на опорі R можна визначити струм, що протікає в колі (9) Змінний струм в котушці 1 (за умови, що котушка 2 відключена від генератора) створює змінну ЕРС взаємоіндукції в котушці 2: (10) де амплітуда ЕРС взаємоіндукції рівна: Тоді (11) Якщо поміняти місцями котушки 1 і 2, то можна визначити L12: Коефіцієнт L12 (L21) можна також визначити, знаючи повний магнітний потік, який пронизує котушку 1 (котушку 2). Згідно (5) Величину магнітного потоку, що пронизує котушки, можна визначити, використовуючи датчик Холла, який розташований в центрі нерухомої котушки. Порядок виконання роботи Завдання 1. Вимірювання коефіцієнтів індукції L11 і L22. 1. Подати напругу на котушку 1 ( за допомогою перемикача П1). При цьому струм через котушку 2 повинен бути рівний нулю (перемикач П2 розімкнений). 2. Рухому котушку 2 (використовуючи шток 1 на касеті ФПЕ) повністю всунути в котушку 1. При цьому датчик переміщення рухомої котушки повинен показувати 0. 3. Збільшуючи струм в котушці 1 (за допомогою потенціометра R1 на касеті ФПЕ) від мінімального до максимального значення, записати в таблицю 1 значення струму I1 і магнітного потоку Ф1. Величина магнітного потоку Ф може бути визначена з вимірювань вектора магнітної індукції В і геометричних розмірів котушки: де S - переріз соленоїда який визначається: (діаметри 1-ї та 2-ї котушок відповідно дорівнюють 55мм і 30мм). Для визначення величини B в даній роботі використовується датчик Холла. В цьому датчику напруга Холла Ux пов'язана з вектором магнітної індукції співвідношенням: 1мВ = 1Гс = 10-4Тл. 4. Подати напругу на котушку 2 (за допомогою перемикача П2), відключивши напругу на котушці 1 (використовуючи перемикач П1). 5. Збільшуючи струм в котушці 2 від мінімального до максимального значення записати в таблицю 1 значення струму I2 і магнітного потоку Ф. 6. За формулами (3) і (4) розрахувати значення коефіцієнтів індукції L11 і L22. 7. Отримані результати занести у таблицю 1. Таблиця 1. І1, А Ux1,мВ Ф1, Вб L11,Гн І2, А Ux2,мВ Ф2, Вб L22,Гн Завдання 2. Вимірювання коефіцієнтів взаємоіндукції L12 і L21. 1. Рухому котушку 2 (використовуючи шток 1 на касеті ФПЕ-05м) повністю всунути в котушку 1. При цьому датчик переміщення рухомої котушки повинен показувати 0. 2. Подати напругу на котушку 1 ( за допомогою перемикача П1). ЕРС індукції, яка виникає в котушці 2, відображатиметься в лівому вікні віртуального осцилографа. Амплітудне значення струму котушки 1 I01 і амплітудне значення ЕРС в другій котушці Е02 відображаються при цьому у відповідних вікнах. 3. За формулою (11), для декількох значень струму, розрахувати коефіцієнт взаємної індукції L12. Результати занести в таблицю. Частота f рівна 50Гц. 4. Подати напругу на котушку 2 (за допомогою перемикача П2, відключивши котушку 1). ЕРС індукції, яка виникає в котушці 1, відображатиметься в лівому вікні віртуального осцилографа. Амплітудне значення струму котушки 2 I02 і амплітудне значення ЕРС в першій котушці Е01 відображаються при цьому у відповідних вікнах. 5. За формулою (11), для декількох значень струму, розрахувати коефіцієнт взаємної індукції L21. Результати занести в таблицю. Частота f рівна 50Гц. 6. Отримані результати занести в таблицю 2. Таблиця 2. І1, А UL2, В L12, Гн І2, А UL1, В L21, Гн Завдання 3. Дослідження залежності коефіцієнтів взаємоіндукції L12 і L21 від взаємного розташування котушок. 1. Подати напругу на котушку 1 (за допомогою перемикача П1). Встановити струм I1 в межах 0,3÷0,6 А. 2. Рухому котушку 2 (використовуючи шток 1 на касеті ФПЕ-05м) повністю всунути в котушку 1. Переміщуючи її в протилежне крайнє положення через 1см, записувати значення ЕРС взаємоіндукції в колі котушки 2 і відстань між котушками в таблицю виміряних значень. 3. За формулою (11), розрахувати коефіцієнт взаємоіндукції L12. Одержані дані занести в таблицю. 4. Подавши напругу на котушку 2 ( за допомогою перемикача П2, відключивши котушку 1), повторити вимірювання по пп. 2, 3 і розрахувати L21. 5. Отримані результати занести в таблицю 3. Таблиця 3. І1, А UL2, В d1, см L12, Гн І2, А UL1, В d 2, см L21, Гн 6. Побудувати графіки залежності L12 і L21 як функції координати z (z – відстань між котушками). Контрольні питання. 1. Сформулюйте закон електромагнітної індукції Фарадея і правило Ленца. 2. У чому полягає явище взаємоіндукції? 3. Чому рівна ЕРС взаємоіндукції двох контурів? 4. Від чого залежить коефіцієнт взаємоіндукції? 5. Поясніть графік залежності L12=f(z), отриманий в даній роботі.

Лабораторна робота Фізика

77pazan77

07.03.2013 18:28

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись