Лабораторная работа № 7
.pdfОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЯ В ЦЕПИ
Цель работы: определение потокосцепления и энергии магнитного поля в собранной цепи.
Приборы и принадлежности: источник постоянного (переменного) тока,
резистор, катушка индуктивности, ключ, миллиамперметр (амперметр),
соединительные провода.
Теоретические сведения
Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов.
Электрический ток, протекая по проводникам, создаёт в окружающем пространстве магнитное поле. Магнитный поток этого поля Ψ, сцепленный с контуром проводника, создающего поле (потокосцепление самоиндукции), вычисляется по формуле
|
(1) |
Ψ = ∫ В |
|
Интегрирование ведётся по площади контура. Потокосцепление длинного |
|
соленоида (катушки) с числом витков N можно рассчитать по формуле |
|
Ψ = |
(2) |
В отсутствие ферромагнетиков и при неизменных параметрах контура, как |
|
правило, потокосцепление пропорционально силе тока: |
|
Ψ = |
(3) |
Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура.
Индуктивность характеризует способность проводящего контура создавать потокосцепление собственного магнитного поля с контуром проводника.
Индуктивность измеряется в генри: 1 Гн = 1 Вб/А.
Индуктивность – идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит запасание энергии магнитного поля. Запасания энергии электрического поля или преобразования электрической энергии в другие виды энергии в ней не происходит.
1
Катушка индуктивности – винтовая, спиральная или
винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностьюпри относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении.
Индуктивность катушки рассчитывается по формуле:
= |
2 |
2 |
|
|
|
(4) |
|
|
|
||
|
45 +100 |
||
где L – индуктивность катушки; D–диаметр катушки;
l–длина намотки катушки; n– число витков катушки.
Проводник, по которому протекает электрический ток, всегда окружен магнитным полем. Магнитное поле появляется и исчезает вместе с появлением и исчезновением тока. Магнитное поле, подобно электрическому, является носителем энергии. Энергия магнитного поля равна работе, которую затрачивает ток на создание этого поля.
|
|
|
|
= |
|
(5) |
|
|
|||
|
|
Выражение (5) определяет энергию, запасаемую контуром с током. Поэтому
W называется энергией контура с током (собственной энергией тока). Эта энергия также является энергией магнитного поля, созданного током I, текущим по проводнику с индуктивностью L.
Ход выполнения работы
1.Рассчитайте индуктивность катушки (L) по формуле (3). Полученные данные занесите в таблицу 1.
2.Включите в сеть источник тока.
3.Соберите электрическую цепь согласно схеме 1(где 1–источник постоянного
(переменного) тока, 2–катушка индуктивности, 3–амперметр, 4–ключ).
Снимите показания амперметра(I1).
2
Схема 1
4.Соберите электрическую цепь согласно схеме 2. Для этого перед катушкой индуктивности (2) подключите резистор (5), снимите показания амперметра
(I2). Полученные данные занесите в таблицу 1.
Схема 2
3
5.Соберите электрическую цепь согласно схеме 3. Для этого подключите параллельно резистору катушку индуктивности. Снимите показания амперметра (I3). Полученные данные занесите в таблицу 1.
Схема 3
Таблица 1
Измерения U,B |
L,ГН I1,A I2,A I3,A ∆I1,A ∆I2,A ∆I3,A ∆ср,A ,% |
1
2
3
Среднее
6.Рассчитайте энергию магнитного поля (W.) по формуле (4) для каждого показателя силы тока (I);
7.Рассчитайте потокосцепление (Ѱ) по формуле (2) для каждого показателя силы тока (I);
4
8. Рассчитайте среднюю энергию магнитного поля (Wср.) по формуле:
Wср = W1+ 2+W3. 3
9. Рассчитайте среднее потокосцепление (Ѱcр. ) по формуле:
Ѱcр = Ѱ1 + Ѱ2 + Ѱ3. 3
10.Постройте график зависимости потокосцепления(Ѱcp.) от силы тока( cp.).
11.Вычислите границы абсолютных погрешностей прямых измерений силы тока.
Абсолютная погрешность, например, силы тока определяется по формуле:I1= I1-Iср , где Iср= (I1+I2+ I3)/ 3. Данные занесите в таблицу.
12.Найдите относительную погрешность измерения силы тока. Относительная
погрешность определяется по формуле: =
в таблицу.
∆ ср
∙ 100% . Результаты занесите
Контрольные вопросы:
1.Что такое магнитное поле?
2.Запишите формулу магнитного потока (не полного).
3.Что характеризует индуктивность?
4.Для чего нужна катушка индуктивности?
5