Библиографический список

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа,2002. – § 24.3, 24.5.

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2. - СПб. Издательство «Лань», 2007. - §§ 46, 47, 48.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. – М .: Издательский центр «Академия», 2007. - §§ 132, 133, 135.

Лабораторная работа № 8 взаимная индукция двух соленоидов

ЦЕЛЬ: экспериментально определить коэффициент взаимной индукции двух соленоидов и сравнить результат с рассчитанным теоретически.

ОБОРУДОВАНИЕ: генератор сигналов специальной формы, миниблок «Соленоиды», два мультиметра.

ВВЕДЕНИЕ

Контур с током создает вокруг себя магнитное поле . Если вблизи этого контура поместить другой контур, то с ним окажется сцеплен некоторый магнитный поток (рис. 1). Этот магнитный поток, как показывает опыт и теория, пропорционален величине тока в первом контуре (рисунок 1)

.

Коэффициент пропорциональности между магнитным потоком , сцепленным со вторым контуром и током , текущим по первому контуру, называется коэффициентом взаимной индукции второго контура с первым.

Рисунок 1

Исследуем коэффициент взаимной индукции контуров на примере двух соленоидов, оси которых совпадают и один из них (короткий) помещен снаружи длинного в его середине (рисунок 2).

Рисунок 2

Длинный соленоид ( ) создает в средней его части (где расположен короткий) практически однородное магнитное поле (см работу №16), вектор индукции которого равен

, (1)

где - число витков длинного соленоида, - его длина.

Магнитный поток через сечение длинного (а следовательно и через сечение короткого) равен

, (2)

Так как магнитное поле снаружи длинного соленоида отсутствует, то магнитный поток сцепленный с коротким соленоидом

, (3)

где - число витков короткого соленоида.

Следовательно коэффициент взаимной индукции второго с первым соленоидом

, (4)

В нашем случае (воздух).

Если через длинный соленоид пропустить переменный ток

, (5)

(где - циклическая частота тока), то магнитный поток сцепленный с коротким соленоидом будет переменным

, (6)

и, следовательно, в нем будет наводиться э.д.с. индукции

, (7)

Амплитуда этой э.д.с.

, (8)

где - амплитуда переменного тока в длинном соленоиде.

Электроизмерительные приборы (в том числе и мультиметры) измеряют действующие значения тока и напряжения

, , (9)

Учитывая это получаем из (8) и (9): ,

Следовательно

, (10)

Таким образом измеряя ток в длинном соленоиде и напряжение , возникающее на концах короткого соленоида можно экспериментально определить .

Описание установки

Электрическая схема установки приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Электрическая схема:

1 – генератор сигналов специальной формы; 2 – мультиметр (режим A 200 mA, входы COM, mA); 3 – длинный соленоид с индуктивностью ; 4 – короткий соленоид с индуктивностью ; 5 – мультиметр (режим V 2 В, входы COM, V); 6 – миниблок «Соленоиды»

Питание длинного соленоида 3 осуществляется от генератора сигнлов специальной формы 1. Ток в поле измеряется мультиметром 2. Э.д.с. индукции, возникающая в коротком соленоиде 4, измеряется вольтметром 5.

Монтажная схема установки приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 Монтажная схема установки: 2, 3, 4, 5, 6 – см. на рисунке 3.

Порядок выполнения работы

Выполнение измерений

1. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рисунке 4. Установите необходимые режимы измерения мультиметров 2 и 5 (см рисунок 3).

2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, см. рисунок 1 на стр. 6). Загорится индикатор (поз. 6, см. рисунок 1 на стр. 6) сигнала синусоидальной формы.

3. В таблицу запишите параметры , , , .

Таблица

, = …, =…, =…мм, = …мм, =…
, Гц	, mA	, В	, Гн
200	40
200	60
200	80
500	40
500	60
500	80
800	30
800	50
800	70
1000	20
1000	40
1000	60
2000	10
2000	20
2000	30
5000	5
5000	10
5000	15
= …Гн		= …Гн

4. Кнопками установки частоты «0,2 – 20 кГц» (поз. 11, см. рисунок 1 на стр. 6) установите частоту сигнала  = 200 Гц. С помощью кнопок установки уровня выхода «0 - 15 В» (поз. 10, см. рисунок 1 на стр. 6) установите значение тока = 40 мА в длинном соленоиде и проведите замер напряжения на коротком соленоиде . Результата занесите в таблицу.

5. Проведите подобные измерения для других токов и частот, указанных в таблице (если нет по этому поводу указаний преподавателя).

6. Используя формулу (10) рассчитайте для каждого измерения экспериментальный коэффициент магнитной индукции .

7. Рассчитайте среднее значение экспериментального коэффициента магнитной индукции < >.

8. По формуле (4) рассчитайте теоретическое значение коэффициента магнитной индукции .

9. Сравните между собой значение экспериментального и теоретического коэффициента взаимной индукции. Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое коэффициент взаимной индукции?

2. В каких единицах измеряется коэффициент взаимной индукции?

3. Почему в данной работе используется один длинный, а другой короткий соленоид?

4. Что такое магнитный поток?

5. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

6. Сформулируйте закон Фарадея для электромагнитной индукции.

7. Что такое действующие значения тока и напряжения?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа,2002. – § 25.1, 25.3.

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2. - СПб. Издательство «Лань», 2007. - §§40, 41, 43.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. – М .: Издательский центр «Академия», 2007. - §§122, 128.

Для замечаний и исправлений

54