Экспериментальная установка и методика измерений

На рис.1.2 представлена схема экспериментальной установки.

Рис.1.2. Принципиальная схема экспериментальной установки:

1– звуковой генератор; 2– электронный осциллограф; 3– модуль;

L₁ и L₂ – две катушки индуктивности, Ш – шток со шкалой, показывающей

взаимное расположение катушек L₁ и L₂, П₁ и П₂ – переключатели

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 ЗГ, с которого напряжение

(1.11)

подается через сопротивление R .

Вольтметр, расположенный на панели ЗГ, измеряет действующие значения напряжения . СопротивлениеR выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство:

, (1.12)

где L_i – индуктивность катушки 1; R_i – ее активное сопротивление.

В этом случае ток, протекающий через катушку 1, можно определить по формуле:

. (1.13)

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

. (1.14)

Для измерения используется осциллограф. Амплитуда ЭДС взаимной индукции

, (1.15)

где частота звукового генератора.

Из соотношения (1.15) имеем:

. (1.16)

Если поменять местами катушки 1 и 2, то можно измерить:

. (1.17) Для перестановки катушек необходимо переключатели П₁ и П₂ на модуле 3 перебросить в противоположное положение.

Работа выполняется в следующем порядке.

Задание 1. Измерение коэффициентов взаимной индукции L₂₁ и L₁₂ и исследование их зависимости от взаимного расположения катушек.

1. Собрать схему, изображенную на рис.1.2, соединив между собой звуковой генератор 1, модуль 3 и осциллограф 2 проводами, представленными на рис.1.2 жирными линиями.

2. Задать напряжение U₀ и частоту сигнала генератора (по указанию преподавателя), подать напряжение на катушку 1 (с помощью переключателя П₁), а ЭДС катушки 2 подать на осциллограф (с помощью переключателя П₂ ).

3. Установить подвижную катушку 1 в крайнее положение. Перемещать ее в противоположное крайнее положение, через 1 см записывать значения ЭДС взаимной индукции в цепи катушки 2.

4. По (1.16) рассчитать значение L₂₁ . Полученные данные занести в таблицу.

5. Построить график зависимости .

Задание 2. Измерение L₂₁ при различных значениях амплитуды питающего напряжения.

1. Используя шток со шкалой Ш (рис.1.2), поставить катушку 1 в среднее положение относительно катушки 2.

2. Задать частоту питающего генератора по указанию преподавателя (например, 10⁴ Гц).

3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции при различных значениях напряженияU_д в цепи катушки 1 в интервале 0-5 В через 0,1 В.

4. По (1.16) рассчитать L₂₁ . Полученные данные занести в таблицу.

5. Построить график зависимости .

Задание 3. Измерение L₂₁ при различных частотах питающего напряжения.

1. Поставить катушку в среднее положение относительно катушки 2.

2. Задать амплитуду напряжения генератора по указанию преподавателя (например, 2 В).

3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции при различных частотах звукового генератора от 5 до 20 кГц (не менее 10 значений).

4. По (1.16) рассчитать . Полученные данные занести в таблицу.

5. Построить график зависимости .