ЛАбораторная работа №3

Определение электромагнитной силы

Целью работы является экспериментальное определение электромагнитной силы, действующей на сердечник из ферромагнитного материала в магнитном поле катушки индуктивности.

Общие сведения

Проводники с электрическими токами и ферромагнитные материалы, находящиеся в магнитном поле, испытывают механические силы. Эти силы называют электромагнитными или электродинамическими силами. В лабораторной работе определяется электромагнитная сила, действующая на сердечник из ферромагнитного материала, помещенный в магнитное поле катушки.

При изменении координаты сердечника на величину совершается элементарная работа . При неизменном по величине токе в катушке эта работа равна изменению энергии магнитного поля, вызванному этим перемещением . Следовательно, электромагнитная сила при перемещении сердечника на величину dg при неизменном токе равна

(27)

где -координаты сердечника

-сила тока

-энергия магнитного поля

- электромагнитная сила

В случае катушки с током энергия магнитного поля

(28)

где -индуктивность катушки

тогда

(29)

Если перемещение происходит под действием силы , то

и >0. На сердечник катушки действует сила, которая стремится увеличить индуктивность катушки.

Экспериментальная проверка этого утверждения осуществляется путем непосредственного определения левой и правой частей равенства

(30)

Задание по экспериментальной части работы

В лабораторной работе используют: источник синусоидального напряжения из модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР; источник постоянного напряжения МОДУЛЬ ПИТАНИЯ UZ 4; измерительные приборы блока ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ МУЛЬТИМЕТР в режиме измерения постоянного тока. Лабораторная работа состоит из двух частей. В первой части работы на синусоидальном напряжении выполняют измерения индуктивности катушки при разном расположении сердечника. Во второй части выполняют измерения на постоянном токе измерения силы при разном положении сердечника.  • Собрать электрическую цепь по схеме, приведённой на рис. 1П протокола измерений. Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2 • Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя • Поместить сердечник катушки в положение, при котором координата .  • Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ. Переключатель Форма установить в положение ~.  • Регулятором Частота модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установит частоту . Регулятором Амплитуда установить действующее значение напряжения u на выходе модуля 7 В. Измерение напряжения выполняет вольтметр модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ.  • Выполнить измерения активной мощности и действующего значения тока при разных значениях координаты . При всех измерениях действующее напряжение поддерживать равным 7 В. Измеренные величины занести в таблицу 3.  • Выключить тумблеры Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ. • Собрать электрическую цепь по схеме, приведённой на рисунке 14 протокола.  • Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.  • Поместить сердечник катушки в положение, при котором координата .  • Включить тумблер SA3 источника UZ4.  • Установить регулятором напряжения величину тока в катушке 0,5 А.  • Обнулить показания датчика силы.  • Выполнить измерения электромагнитной силы при разных значениях координаты . Измеренные величины занести в таблицу 3. При измерениях ток в катушке поддерживать неизменным по величине.  • При возникновении сомнений в правильности измерения силы необходимо уменьшить ток в катушке до нуля; обнулить показания датчика силы; повторить измерения.  • Выключить тумблеры Сеть автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

Экспериментальная часть работы

Определение электромагнитной силы

1. Измерения индуктивности

Схема электрической цепи представлена на рисунке 13. Частота .

Напряжение .

Рисунок 11 - Схема электрической цепи (первая)

Таблица 11-значение силы тока, мощности и электродвижущей силы

g, см	0,00	1,00	2,00	3,00	4,00	5,00	6,00	7,00	8,00	9,00
P, Вт	0,17	0,19	0,24	0,32	0,47	0,67	0,92	1,15	1,30	1,35
I, мА	0,082	0,088	0,099	0,118	0,143	0,172	0,203	0,228	0,243	0,249
F, г	0	18	29	35	42	48	38	20	6	0

2. Измерения электромагнитной силы

Схема электрической цепи представлена на рисунке 12. Ток = 5А

Рисунок 12 - Схема электрической цепи (вторая)

1. По данным таблицы 3 рассчитать индуктивность катушки при каждом положении сердечника по выражению

(31)

Таблица 12- индуктивность катушки при разных положениях сердечника

g, см	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
L Гн	0,26	0,24	0,22	0,19	0,15	0,12	0,09	0,069	0,057	0,052

Рисунок 13 - График зависимости

2. Найти графически по кривой производную . Результаты расчета привести в таблице.

Таблица 13- производная от индуктивности

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	0	0,015	0,025	0,033	0,04	0,035	0,028	0,022	0,012	0,006

3. Расчетную силу определить по выражению

(32)

Таблица 14- экспериментальное и расчетное значение силы

g, см	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
F, г	0	18	36	44	48	44	37	27	18	0
Fр, г	0	19,1	31,9	42,1	51	44,6	35,7	28,1	15,3	7,6

4. На одном графике построить зависимости экспериментальной силы и расчетной _.

Рисунок 14- график зависимости экспериментальной силы и расчетной

Вывод: В данной работе была экспериментально и теоретически определена электромагнитная сила. Так как расчеты оказались приблизительно равными, можно сделать вывод, что вычислительные операции были вполне корректными.

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования