Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ВЗАЄМОІНДУКЦІЇ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Фізика
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.
07.03.2013 18:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора