Изучение магнитной цепи (120

надписью «Ток» — к гнезду CH2, mA; провод с надписью ЭДС – к гнезду CH1.

Генератор переменного тока (переменного напряжения) имеет регулировки частоты и выходного напряжения. Частоту можно определить по индикатору генератора переменного тока.

Порядок выполнения задания.

1.Изобразить схему лабораторной установки, приведенной на рис. 9, в рабочей тетради.

2.Записать характеристики магнитной цепи, указанные на лабораторной установке, в табл. 3.

Примечание. L — длина средней линии; S — площадь поперечного сечения;

l— длина зазора.

3.Включить цифровой прибор АМ-1109.

3.1.Установить оба переключателя в положение OFF.

3.2.Если прибор питается не от батареи, а от сети, включить в сетевую розетку адаптер на 9 В.

3.3.Верхний переключатель перевести из положения OFF в положение mA.

3.4.Нажать клавишу SHIFT; через долю секунды после звукового сигнала отпустить клавишу. В результате на индикаторе прибора появится знак «~» перед цифрами. Тем самым прибор установлен в режим измерения силы переменного тока в миллиамперах (мА).

3.5.Нижний переключатель перевести из положения OFF в положение «~V». Измерительный прибор установлен в режим измерения переменного напряжения в вольтах (В).

4.Установить рабочий режим генератора переменного тока

AHP-1002.

Примечание. Если применяется другой прибор, следует ознакомиться с указаниями, приведенными на установке.

21

4.1.Соединить коаксиальным кабелем разъем AUTPUT (выход) генератора с разъемом «Переменный ток» лабораторной установки.

4.2.Отжать все клавиши генератора. Положение клавиши легко установить, осуществляя ее нажатие.

4.3.Нажать клавишу POWER для включения сетевого питания. При этом должен включиться индикатор.

4.4.Нажать клавишу «~» для получения гармонического (синусоидального) напряжения.

4.5.Установить частоту генератора, выбрав ее значение из рабочего диапазона, приведенного на лабораторной установке. Установленное значение частоты записать в табл. 3.

Примечание. Частота отображается на индикаторе генератора (генератор имеет четыре диапазона частот): миллигерцы — mHz; герцы — Hz; килогерцы — kHz и мегагерцы — MHz. Диапазон частот устанавливают нажатием клавиш RANGE: одно нажатие клавиши

<> повышает частоту, а нажатие клавиши < > понижает частоту. ЧастотугенератораизменяютплавноручкойFREQUENCY.

Задание 2. Для различной длины зазора измерить силу тока, необходимого для получения постоянной магнитной индукции в железном магнитопроводе.

В этом задании проверяют справедливость формулы (11): при различной длине зазора l устанавливают такой ток I намагничивающей обмотки, чтобы значение ЭДС ε измерительной обмотки оставалось неизменным. Следовательно, при различной длине зазора магнитная индукция B в железном магнитопроводе и его магнитная проницаемость μ будут оставаться неизменными.

Порядок выполнения задания.

1. Подготовить табл. 4.

Таблица 4

Результаты измерений

ЭДС ε = ……

Примечание. Таблица содержит 8 строк.

22

2.Вставить в зазор железного магнитопровода одну или две пластины суммарной толщиной l, равной примерно 5 мм. Плотно прижать друг к другу обе части магнитопровода. Значение l записать в табл. 4.

ВНИМАНИЕ! К лабораторной установке с прижимным винтом не прилагать больших усилий, чтобы ее не разрушить.

3.Установить максимальный ток намагничивающей обмотки. Для этого необходимо повернуть по ходу часовой стрелки до упора ручку AMPLITUDE генератора переменного тока и ручку «Регулировка тока (точно)» на лабораторной установке.

4.По нижней строке индикатора цифрового прибора АМ-1109

измерить ЭДС ε в измерительной обмотке. Результат измерения ε записать в табл. 4.

5.Измерить силу тока I в намагничивающей обмотке по верхней строке индикатора цифрового прибора АМ-1109 и записать результат в табл. 4.

6.Уменьшить длину l зазора примерно на 0,5…0,8 мм. Изменяя выходное напряжение генератора ручкой AMPLITUDE, до-

биться значения ЭДС ε, полученного в п. 4. Для точной настройки использовать ручку «Регулировка тока (точно)». Измерить силу тока I. Результаты измерений значений I и l записать в табл. 4.

Примечание. Допустимая неточность установки требуемого значения ЭДС составляет 1…2 %.

7.Повторить измерения в соответствии с п. 6 при меньших значениях l. Всего должно быть выполнено 6—8 измерений до l =

=0. Результаты измерений значений I и l записать в табл. 4.

8.Выключить генератор клавишей POWER. Выключить цифровой прибор АМ-1109, установив оба переключателя в положение OFF. Выключить сетевой адаптер.

2. Обработка результатов измерений

Задание1. ПостроитьэкспериментальныйграфикзависимостиI(l). По результатам измерений (см. табл. 4) построить график зависимости силы тока I в миллиамперах от длины l зазора в миллиметрах. На миллиметровую бумагу нанести крупные экспериментальные точки, но не соединять их линией. Образец графика

приведен на рис. 11.

23

I

l

Рис. 11. Зависимость I(l) для магнитной цепи при B = const. Экспериментальные данные показаны точками, расчетные — прямой линией

Задание 2. Определить магнитную проницаемость железного магнитопровода.

По результатам измерений при l = 0 определить магнитную проницаемость μ железного магнитопровода в условиях опыта.

Порядок выполнения работы.

1. Используя результаты измерения ЭДС ε (см. табл. 4), вычислить по формуле (12) магнитную индукцию B в железном магнитопроводе, выразив ЭДС в вольтах, а площадь S поперечного сечения железного магнитопровода — в квадратных метрах. Циклическая частота ω = 2πν. Результат вычисления магнитной индукции B записать в табл. 5.

Таблица 5

Результаты измерений ЭДС ε и силы тока I при l = 0

и результаты расчетов магнитной индукции B,

напряженности H магнитного поля и магнитной проницаемости μ

2. Используя результаты измерения тока I при l = 0 (см. табл. 4), вычислить по формуле (9) напряженность Н магнитного

24

поля для случая l = 0. Силу тока I выразить в амперах, а длину железного магнитопровода L — в метрах. Результат вычисления напряженности H магнитного поля записать в табл. 5.

3.Используя полученные значения H и B, вычислить по формуле

(7)магнитную проницаемость μ железного магнитопровода. Магнитная постоянная μ0 = 4π 10–7 Гн/м. Результат записатьв табл. 5.

Задание 3. Построить расчетный график зависимости I(l).

По формуле (11) построить график зависимости силы тока I от длины l зазора при значениях B и μ, полученных в данном опыте (см. табл. 5). Из формулы (11) следует, что зависимость I(l) — линейная. Таким образом, для построения графика достаточно рассчитать два значения I (например, при l = 0 и l = 0,005 м), нанести их на экспериментальный график и соединить прямой (см. образец графика, приведенный на рис. 11). Для расчета все величины (L, l, I, B) выразить в единицах СИ (в метрах, амперах, теслах). Результаты расчета записать в табл. 6.

Таблица 6

Результаты расчета тока при различном зазоре

3. Обсуждение результатов опыта

Проанализируем зависимость I(l), приведенную на рис. 11. При небольшой длине l зазора экспериментальные точки располагаются близко к расчетной прямой, полученной в предположении, что магнитное поле не испытывает рассеяния в зазоре (см. рис. 10, а). С увеличением длины зазора рассеяние магнитного потока возрастает, при этом магнитная индукция B1 в зазоре становится все меньше по сравнению с магнитной индукцией B в железном магнитопроводе. Поэтому экспериментальные точки на графике находятся ниже расчетной прямой, что соответствует формуле (10).

25

4. Расчетное задание

Выполнить и привести в табл. 2 результаты расчета магнитного поля в тороидальной катушке с железом. Предлагаемые варианты расчета указаны в табл. 2.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое магнитная цепь?

2.Дайте определение магнитной индукции.

3.Что такое линии магнитной индукции? Каким свойством они обладают?

4.Дайте определение магнитного потока.

5.Какому закону подчиняется явление электромагнитной индукции?

6.Сформулируйте теорему о циркуляции вектора B в вакууме.

7.Дайте определения намагниченности и напряженности магнитного поля.

8.Сформулируйте теорему о циркуляции вектора H.

9.Опишите характер зависимости B(H) для ферромагнетика.

10.Поясните схему расчета магнитной цепи.

26

ЛИТЕРАТУРА

1.Калашников С.Г. Электричество. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 624 с.

2.Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 319 с.

3.Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1982. 496 с.

4.Таблицы физических величин: Справ. / Под ред. И.К. Кикоина. М.:

Атомиздат, 1976, 1008 с.

5.Справочная книга радиолюбителя-конструктора / А.А. Бокуняев, Н.М. Борисов, Р.Г. Варламов и др.; Под ред. Н.И. Чистякова. М.: Радио и связь, 1990. 624 с.

27

28