Инженерно-производственный центр «Учебная техника»
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Руководство по выполнению базовых экспериментов
ЭМП.001 РБЭ (909)
Беглецов Н.Н., Галишников Ю.П., Сенигов П.Н. Электромагнитное поле. Руководство по выполнению базовых экспериментов. ЭМП.001 РБЭ (909) - Челябинск: ООО «Учебная техника», 2005. - 48 с.
Описаны базовые эксперименты, выполняемые в лабораторных работах по курсу «Теоретические основы электротехники» в разделе «Теория электромагнитного поля». Приведены общие сведения, электрические схемы соединений и порядок выполнения каждого эксперимента.
Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных работ в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях.
ã ООО «Учебная техника», 2005
Содержание
Введение.. 5
1. Моделирование плоскопараллельных электростатических и магнитных полей током в проводящем листе.. 6
1.1. Общие сведения. 6
1.2. Экспериментальная часть. 8
· 1.2.1. Моделирование плоскопараллельного электростатического поля. 8
· 1.2.2. Моделирование плоскопараллельного магнитного поля. 9
2. Исследование постоянного магнитного поля на оси катушек с помощью датчика Холла.. 10
2.1. Общие сведения. 10
2.2. Экспериментальная часть. 11
· 2.2.1. Исследование магнитного поля на оси цилиндрической катушки. 11
· 2.2.2. Исследование магнитного поля на оси кольцевых катушек. 13
3. Исследование взаимной индуктивности кольцевых катушек.. 15
3.1. Общие сведения. 15
3.2. Экспериментальная часть. 16
4. Измерение магнитодвижущих сил и разности магнитных потенциалов 17
4.1. Общие сведения. 17
4.2. Экспериментальная часть. 18
5. Исследование поляризационной кривой
сегнетоэлектрика.. 20
5.1. Общие сведения. 20
5.2. Экспериментальная часть. 21
6. Снятие петли гистерезса ферромагнетика.. 24
6.1. Общие сведения. 24
6.2. Экспериментальная часть. 25
7. Исследование электромагнитных сил в постоянном магнитном поле 28
7.1. Общие сведения. 28
7.2. Экспериментальная часть. 29
8. Исследование поверхностного эффекта и эффекта близости.. 31
8.1. Общие сведения. 31
8.2. Экспериментальная часть. 34
· 8.2.1. Исследование распределения тока в массивных проводниках. 34
· 8.2.2. Исследование распределения тока по сечению проводника, уложенного в ферромагнитный паз 37
Приложение 1: Координатные сетки для оформления отчётов по моделированию полей 40
Приложение 2: Исследование магнитного поля
на оси цилиндрической катушки. 45
Приложение 3: Исследование магнитного поля на оси кольцевых катушек. 46
Приложение 4: Графики к расчёту взаимной индуктивности двух круглых катушек 47
Литература. 48
Введение
Типовой комплект лабораторного оборудования «Теория электромагнитного поля» предназначен для проведения лабораторного практикума по одноимённому разделу курса теоретических основ электротехники в профессиональных высших и средних образовательных учреждениях. Он выполнен в виде дополнительного набора устройств к основному комплекту «Теоретичеcкие основы электротехники» и включает в себя следующие компоненты.
· Набор планшетов для моделирования электростатических и магнитных полей током в проводящем листе (5 планшетов с различной конфигурацией электродов);
· Набор устройств для моделирования явлений поверхностного эффекта и эффекта близости в массивных проводниках (4 устройства);
· Дополнительный набор миниблоков;
· Пояс Роговского для измерения магнитодвижущих сил и разности магнитных потенциалов;
· Настоящее руководство по проведению базовых экспериментов.
Описание каждого эксперимента состоит из разделов «Общие сведения» и «Экспериментальная часть».
Раздел «Общие сведения» содержит краткое введение в теорию соответствующего эксперимента, а также описание схемы опыта и метода измерений. Для более глубокого изучения теоретического материала учащемуся следует обратиться к учебникам и компьютерным программам тестирования для проверки усвоения теории и оценки готовности к лабораторно-практическим занятиям.
В разделе «Экспериментальная часть» сформулированы конкретные задачи эксперимента, представлены схемы электрических цепей, таблицы и графики для регистрации и представления экспериментальных данных. В ряде случаев поставлены вопросы для более полного осмысления результатов эксперимента.
Большинство экспериментов описаны применительно к компьютеризованному варианту стенда, в котором измерения производятся с помощью виртуальных приборов. Однако все эксперименты, в которых не требуется измерения мощности или углов сдвига фаз, могут быть выполнены и с использованием мультиметров, входящих в комплект стенда. Виртуальный осциллограф во всех экспериментах может быть заменен обычным электронным осциллографом, но он не входит в комплект стенда.
Настоящее руководство предназначено для освоения лабораторного комплекса преподавателями и разработки методических материалов, необходимых для выполнения лабораторных работ студентами.
Моделирование плоскопараллельных электростатических и магнитных полей током в проводящем листе
1.1. Общие сведения
Известно, что электростатическое поле в области, где нет свободных зарядов, а также постоянное магнитное поле в области, где нет токов, описывается такими же уравнениями, как и поле постоянного тока в проводящей среде вне источников энергии, в частности, уравнением Лапласа:
.
Поскольку уравнение Лапласа имеет единственное решение при заданных граничных условиях, то при подобных граничных условиях в диэлектрике и в проводящей среде распределение потенциала будет одинаковым в обеих средах. Это подобие позволяет моделировать как электростатические, так и магнитные поля полем электрического тока в проводящей среде. Соблюдение подобных граничных условий сводится к геометрическому подобию областей, в которых исследуется поле.
Плоский проводящий лист позволяет моделировать распределение электрического потенциала или магнитных силовых линий в сечении плоскопараллельного поля, перпендикулярном длинным заряженным проводникам или проводникам с током. Эквипотенциальные линии в проводящем листе соответствуют эквипотенциальным линиям в электростатическом поле между заряженными проводниками. При моделировании магнитного поля эквипотенциальные линии в проводящем листе соответствуют магнитным силовым линиям при протекании тока в проводниках.
 |
Собранная установка для моделирования с одним из планшетов показана на рис. 1.1. Остальные четыре планшета – на рис. 1.2.
 |
Планшеты №№ 1, 2, 3, 4 используются для моделирования электростатических полей заряженных длинных проводов соответствующих сечений. Планшет №1и, в меньшей степени, №3 и №4 пригодны также и для моделирования магнитного поля двухпроводной линии с током, на планшете №5 моделируется магнитное поле между полюсами и в зазоре явнополюсной электрической машины. На планшетах №3 и №4 при моделировании магнитного поля граничные условия обеспечиваются неточно, поэтому картина поля вблизи проводников, полученная с помощью модели. несколько отличается от реальной.
1.2. Экспериментальная часть
1.2.1. Моделирование плоскопараллельного электростатического поля
Задание
Построить картину силовых линий моделируемого электростатического поля, определить его напряжённость в отдельных точках.