ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. Упражнение 1. Экспериментальная проверка закона электромагнитной индукции




 

Упражнение 1. Экспериментальная проверка закона электромагнитной индукции (исследование зави-симости ЭДС индукции от частоты изменения маг-нитного поля)

 

1. Включите лабораторный стенд, затем звуковой генератор, включив тумблер «СЕТЬ», милливольтметр, нажав кнопку «СЕТЬ» и электронный осциллограф, потянув на себя кнопку «ПИТАНИЕ».

2. Милливольтметр 5 должен быть подключен к выходу генератора звуковой частоты 3 (черный провод подключен к гнезду земля « »; белый провод – к другой клемме выхода генератора). Переключатель пределов измерения милливольтметра должен быть установлен в позиции «10 В».

3. Генератор звуковой частоты должен быть настроен следующим образом: переключатель «множитель частоты» должен быть установлен в положение «103»; переключатель нагрузки – в положение «50 Ω» . С помощью ручки «РЕГУЛИРОВКА ВЫХОДА» установите напряжение выхода генератора (UОГ) по милливольтметру в диапазоне от 8 до 10 В, и величину UОГ занесите в табл. 1. При выполнении всех упражнений величину напряжения UОГ можно не изменять.

4. Затем милливольтметр 5 подключите параллельно осциллографу, установив переключатель пределов измерения в позицию «100 мB».

5. Переключатель (П) 7 (см. рис. 3) установите в положение I, при котором длинная катушка-соленоид (L1) 1 подключена к звуковому генератору 3, а короткая катушка (L2) 2 – к милливольтметру 5 и осциллографу 6.

6. Установите короткую катушку против отметки «0» измерительной шкалы, т.е. на середине длинной катушки-соленоида (r1=0).

7. Изменяя частоту звукового генератора от 20 до 70 кГц, запишите в табл.1 через каждые 10 кГц показания милливольтметра, т.е. значения ЭДС индукции eОК, возникающие в короткой катушке, одновременно наблюдая визуально на экране осциллографа изменения амплитуды колебаний возникающей ЭДС индукции.

8. Переместите короткую катушку относительно соленоида влево до отметки r 2=5 см и проделайте измерения, аналогичные п.6. Результаты измерений занесите в табл. 1.

9. По данным табл. 1 постройте графики зависимости ЭДС индукции от частоты изменения магнитного поля, равной частоте звукового генератора, т.е. eОК=eОК (n).

 

 

Таблица 1

UОГ =…….В;

, кГц r 1=0 r 2=5 см
e0К, мВ e0К,мВ
       
. . . .      
.      

 

 

Упражнение 2. Определение взаимной индуктив-ности и исследование ее зависимости от располо-жения катушек, частоты изменения и величины магнитного поля

 

1. При выполнении данного упражнения электронный осциллограф можно выключить; звуковой генератор настройте по круглой шкале на частоту n =50 кГц с помощью рукоятки «n ». Выходное напряжение генератора UОГ устанавливается с помощью ручки «РЕГУЛИРОВКА ВЫХОДА», как в пп. 2, 3, 4 упражнения 1.

Значения частоты n, выходного напряжения звукового генератора UОГ и добавочного сопротивления R занесите в табл. 2. Величина R указана на стенде установки.

2. Переключатель (П) установите в положение I, при котором соленоид (L1) подключается к звуковому генератору, а короткая катушка (L2) – к милливольтметру.

 

Таблица 2

 

n =…..кГц; UОГ =…..В; R =…..кОм

 

r , см e, мВ L 21, мкГн
       
  0,5    
. . . . . .    

 

 

3. Вновь установите короткую катушку против отметки «0» (r =0) измерительной шкалы; запишите показания лампового вольтметра и положение короткой катушки в табл. 2.

4. Передвигая короткую катушку влево с шагом 0,5 см, запишите показания милливольтметра e0К в табл. 2 (e0К – величина ЭДС индукции, возникающая в короткой катушке).

5. По данным табл. 2 и формуле (24) вычислите взаимную индуктивность L 21 для каждого положения короткой катушки относительно длинной катушки-соленоида.

6. Переключатель 7 (П) (рис. 3) переведите в положение II, при котором короткая катушка подключается к генератору звуковой частоты, а длинная катушка-соленоид – к милливольтметру.

7. Повторите пп. 3¸5 данного упражнения и результаты измерений занесите в табл. 3, аналогичную табл. 2.

 

Таблица 3

 

n =……кГц; UОГ =….. В; R =…..кОм

 

r, см e, мВ L 12, мкГн
       
  0,5    
. . . . . .    

 

В табл. 3 e – величина ЭДС индукции, возникающая в длинной катушке-соленоиде; L 12 – взаимная индуктивность, зависящая от взаимного положения короткой и длинной катушек.

8. Вычислив взаимные индуктивности L 21 и L 12 (табл. 2 и 3), можно убедиться в справедливости теоремы взаимности (15), т.е. равенства L 21= L 12.

Возникающие расхождения можно объяснить неточностью установки короткой катушки относительно соленоида (расхождением величины r) и, главное, разными индуктивными сопротивлениями короткой и длинной катушек, что не учитывается при расчете взаимной индуктивности.

Постройте графики зависимости взаимной индуктивности от взаимного расположения катушек, т.е. L 21= L 21(ri) или L 12= L 12(ri).

(В связи с уменьшением величины e (при смещении короткой катушки относительно соленоида) возможно придется изменять диапазон измерений милливольтметра.)

9. Используя данные табл. 1, рассчитайте для каждой частоты звукового генератора и расстояния r =0 взаимную индуктивность, результаты вычислений занесите в табл. 4.

 

 

Таблица 4

 

UОГ = В, R = кОм, r1 =0.

 

n, кГц e, мВ L 21, мкГн
       
. . . . . .    
       
      =

 

10. Вновь переключите генератор звуковой частоты на длинную катушку-соленоид, короткую катушку – на милливольтметр, т.е. переведите переключатель (П) в положение I (рис. 3).

Проведите измерения ЭДС индукции e0К в короткой катушке при нескольких значениях напряжений звукового генератора =5 30 В, т.е. напряжений на соленоиде, при фиксированном положении короткой катушки, например, r 1=0 и постоянной частоте генератора n. Результаты измерений e0К и расчеты величины L 21 (по формуле (24)) внесите в табл. 5.

 

Таблица 5

 

n =…..кГц; R =….кОм; r 1=0.

 

, В e, мВ L 21, мкГн
       
. . . . . .    
       
      =

 

При выполнении измерений и расчетов пп. 9 и 10 вы должны убедиться в том, что частота изменения магнитного поля, задаваемая звуковым генератором, и величина напряжения на входе системы контуров (катушек) практически не влияют на взаимную индуктивность контуров.

11. Вычислите относительную погрешность измерения величины взаимной индуктивности по формуле

 

, (25)

 

где относительные погрешности величин напряжения генератора (U0Г), ЭДС индукции (e0К) определяются по классу точности соответствующих приборов и составляют, соответственно, не более 2,5%; относительная ошибка частоты (n) составляет не более 2%; абсолютная ошибка сопротивления резистора R =0,2 кОм.

Величины n и R взять из таблицы 5; величину eОК взять из таблицы 5 при UОГ =5 В.

12. Абсолютная погрешность величины взаимной индуктивности равна

, (26)

где – среднее значение взаимной индуктивности (см. табл. 5).

13. Окончательная запись результата измерения и вычисления взаимной индуктивности должна быть представлена в стандартной форме:

. (27)

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

 

1. Сформулируйте цель данной лабораторной работы.

2. Какова основная характеристика магнитного поля (в вакууме), и в чем она измеряется?

3. Сформулируйте теорему Гаусса для магнитного поля.

4. Дайте определения потока магнитной индукции (магнитного потока) и единицы его измерения.

5. Что такое полный магнитный поток или потокосцепление?

6. Объясните явление электромагнитной индукции.

7. Напишите формулу основного закона электромагнитной индукции и объясните причину наличия знака минус в этой формуле.

8. В чем различие формулировок явления электромагнитной индукции по Фарадею и Максвеллу?

9. Как связаны ток в контуре и возникающий при этом магнитный поток через этот контур? При каком условии выполняется эта зависимость?

10. Что такое индуктивность контура, от чего она зависит? Дайте определение единицы измерения индуктивности.

11. Объясните явление самоиндукции и дайте примеры проявления самоиндукции.

12. Чему равна ЭДС самоиндукции и каков смысл знака минус в этой формуле?

13. Опишите явление взаимной индукции и действие каких устройств основано на этом явлении.

14. Что такое взаимная индуктивность контуров и при каких условиях выполняется теорема взаимности?

15. По какому закону изменяется напряжение, создаваемое генератором звуковой частоты?

16. Опишите установку и порядок выполнения измерений.

17. Объясните, почему в качестве источника используется генератор звуковой частоты?

18. По какой причине подключается последовательно к соленоиду резистор R и каким образом выбирается величина сопротивления этого резистора?

19. Согласно теореме взаимности имеем: . Каковы причины некоторого отклонения экспериментальных данных от этого равенства?

20. Каково направление вектора индукции в центре кругового тока I?

21. Используя принцип суперпозиции полей, определите результирующий вектор индукции в т. А.

22. Объясните, как изменяется ЭДС взаимной индукции при перемещении короткой катушки от середины соленоида к краю?

23. Нарисуйте график зависимости тока в соленоиде I = I (t) при замыкании цепи.

24. Представьте график зависимости тока соленоида I=I (t)при размыкании цепи.

25. Объясните, как влияет частота переменного сигнала генератора на возникшую в соленоиде ЭДС индукции?

26. Как влияет частота переменного тока на величину взаимной индуктивности?

27. Влияет ли напряжение переменного сигнала на величину взаимной индуктивности?

28. Как вычислить относительную погрешность величины взаимной индуктивности?

29. Как оценить абсолютную погрешность показания измерительного прибора, используя класс точности соответствующего прибора?

30. Как определяется в данной работе абсолютная ошибка измерения взаимной индуктивности?

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: