Лабораторная работа № 4-2 измерение индуктивности катушки по её реактивному и активному сопротивлениям

 

Цель работы: ознакомиться с явлением самоиндукции, изучить одиниз методов определения индуктивности катушки.

Оборудование: исследуемая катушка, ферромагнитный сердечник, вольтметр, амперметр, реостат, трансформатор, мост переменного тока          Р-577, мост постоянного тока P-333.

Введение

 

В трёхтомном труде Майкла Фарадея (1791 – 1867) "Эксперименталь­ные исследования по электричеству" содержится глава об индуктивномвлиянии электрического тока на самого себя и об индуктивном действииэлектрических токов вообще. В этой главе Фарадей описал явлениесамоиндукции, которое заключается в том, что если в проводящем контуре изменяется сила тока, то в нём возникает ЭДС самоиндукции , пропорциональная скорости изменения тока:

.

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностьюпроводящего контура.

Явление электромагнитной индукции было независимо открыто такжеамериканским физиком Джозефом Генри (1797 – 1878). Современнаяфизика увековечила научный вклад Генри, присвоив единицеиндуктивности L название "генри" (Гн). 1Гн=1(Вс)/А.

Индуктивность проводящего контура зависит от его формы иразмеров, а также от магнитной проницаемости µ окружающей среды.

В качестве проводящего контура, индуктивность которого будем определять, используем катушку (соленоид). Соленоиды широко используются в технических устройствах и в лабораторной практике, так как с их помощью легко создавать однородное магнитное поле известной напряжённости  или магнитной индукции . Эти характеристики поля связаны соотношением . Катушки индуктивности также применяются для накопления энергии.

Индуктивность L длинного соленоида вычисляется по формуле

,

где µ – магнитная проницаемость вещества внутри соленоида;  – магнитная постоянная; N – число витков соленоида; l – его длина; S– площадь поперечного сечения;  – число витков на единицу длины; V – объём соленоида.

Для экспериментального определения индуктивности катушкипользуются законом Ома для переменного тока , где  и  –эффективные значения силы тока и напряжения на участке цепи,показываемые приборами, предназначенными для переменного тока;  – общее сопротивление участка цепи переменному току.

Общее сопротивление участка цепи с последовательным соединением ,  и  по переменному току

,

где ω – циклическая частота переменного тока;  – электроёмкость;  – индуктивность;  – омическое (активное) сопротивление участка цепи. Если в исследуемой электрической цепи содержатся ,  и нет электроемкости , то общее сопротивление такой цепи вычисляется по формуле

.

Из данной формулы индуктивность катушки

  ,

где ;  Гц.

 

Описание установки

 

Экспериментальная установка собирается по схеме (рис. 1). Реостат подключается к источнику тока по схеме потенциометра, чем обеспечивается регулирование напряжения на исследуемой катушке индуктивности . При подключении индуктивности  кисточнику постоянного тока, а это необходимо для определения активного сопротивления катушки, в измерительной части схемы используется вольтметр с малым предельным значением измеряемого напряжения. Мост постоянного тока Р-333 предназначен для прямого измерения сопротивления катушки , а мост переменного тока Р-577 – для прямого измерения сопротивления  катушки или её индуктивности  (без сердечника). Общий вид установки показан на рис. 2.