Контрольные вопросы

1. Что такое кривая релаксации заряда?

2. Как определяется характеристическое время релаксации заряда τ?

3. Опишите блок-схему установки.

4. Как зависит время заряда и разряда конденсатора от элементов цепи R₁, R₂, C?

5. Какова зависимость напряжения U на конденсаторе и тока в цепи J от времени, то есть U(t) и J(t), в процессе заряда и разряда конденсатора?

Литература

1. И.В.Савельев. Курс общей физики: В 5 кн.: Кн. 2: Электричество и магнетизм: Учебное пособие для вузов. Изд. АСТ, Астрель, 2008. - 336 с.

2. А.Н. Матвеев.- Электричество и магнетизм: учеб. пособие для студентов вузов.- М: ОНИКС 21 век: Мир и образование, 2005. – 464 стр.

3. Калашников С.Г. Электричество.- M.: Физматлит, 2003.- 624 с .

Лабораторная работа № 8 Изучение явления взаимной индукции

Цель работы. Исследование явления взаимной индукции двух коаксиально расположенных катушек.

Оборудование. PQ – звуковой генератор, РО – электронный осциллограф, вольтметр PV, модуль ФПЭ–05, содержащий L₁, L₂ – две катушки индуктивности на одной оси, Ш – шток со шкалой, показывающей взаимное расположение катушек L₁ и L₂ .

Краткая теория

Р ассмотрим два контура 1 и 2, расположенные на некотором расстоянии друг от друга (рис.1). Если по контуру 1 пропустить ток J₁, то он создает магнитный поток, пронизывающий контур 2. Этот поток , по закону Био-Савара-Лапласа, будет пропорционален току J₁:

Ф₂₁ = М₂₁J₁. (1)

Коэффициент пропорциональности М₂₁ называется коэффициентом взаимной индукции контуров. Он зависит от формы и взаимного расположения контуров 1 и 2, а также от магнитных свойств окружающей среды. При изменении тока в первом контуре магнитный поток через второй контур изменяется, следовательно, в нем , по закону электромагнитной индукции, наводится ЭДС, называемая ЭДС взаимной индукции:

. (2)

Если поменять местами контуры 1 и 2 и провести все предыдущие рассуждения, то получим:

. (3)

Можно показать, что

М₁₂ = М₂₁. (4)

Метод измерений

В данной работе изучается коэффициент взаимной индукции между длинной катушкой 1 и короткой катушкой 2, которая надевается на катушку 1 и может перемещаться вдоль ее оси. Питание одной из катушек, например 1, осуществляется от генератора звуковой частоты PQ, напряжение с которого

U = U₀ cos(ωt) (5)

подается через сопротивление R. Вольтметр, расположенный на панели PQ, измеряет действующие значения напряжения .

Сопротивление R выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство:

(6)

где L₁ – индуктивность катушки 1; R₁ – ее активное сопротивление. В этом случае ток, протекающий через катушку 1, можно определить по формуле:

. (7)

Переменный ток в катушке 1 создает переменную ЭДС взаимной индукции в катушке 2:

. (8)

Для измерения ε₂ используется осциллограф. Амплитуда ЭДС взаимной индукции:

, (9)

где f – частота звукового генератора. Из (9) имеем:

. (10)

Если поменять местами катушки 1 и 2, то можно измерить

. (11)

Для перестановки катушек необходимо переключатели П₁ и П₂ перебросить в противоположное положение (рис.2).