Лабораторная работа №14. Генератор переменного тока.

1. Краткая теория

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, при изменении магнитного потока Ф, пронизывающего проводящий контур (катушку), в нем возникает ЭДС индукции, зависящая от скорости изменения потока

.

Магнитным потоком  через плоский контур площади S называют величину

 = B S cos 

где B - модуль вектора магнитной индукции, - угол между вектором и нормалью к плоскости контура.

Если плоская прямоугольная рамка площади S равномерно вращается с частотой f оборотов в секунду в однородном магнитном поле с индукцией , магнитный поток, пронизывающий рамку будет периодически изменяться во времени:

(t) = B S cos (2ft) .

Следовательно, на концах рамки появится переменное напряжение, равное

 _ind = 2 fB S sin (2ft) .

Амплитуда этого напряжение пропорциональна скорости вращения рамки. Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле, является моделью генератора переменного тока. Если выводы рамки подсоединить к специальному коммутирующему устройству (коллектору), то можно получить генератор постоянного тока.

2. Исследование генератора переменного тока

Компьютерная модель позволяет исследовать некоторые характеристики генератора переменного тока. Для установки значений индукции B и частоты f, как обычно, используются линейки выбора. Для установки прямоугольной рамки площади S необходимо сначала подвести курсор к вершине угла рамки так, чтобы курсор принял вид кисти руки. Затем следует нажать левую кнопку мыши (при этом на курсоре пальцы руки сожмутся), при нажатой кнопке мыши переместить вершину угла в нужное место, контролируя в окошке заданные значения S, и кнопку отпустить.

Контрольное задание 1

Теперь вы должны выполнить указанный преподавателем вариант контрольного задания 1. Значения магнитного потока следует записывать с учетом его направления относительно нормали к плоскости рамки. При положительных значениях он пронизывает рамку в направлении нормали к плоскости рамки, при отрицательных - в обратном направлении. Полученные результаты необходимо занести в лабораторную тетрадь.

Вариант 1.

Плоский квадратный контур, площадь которого S = 118 см², вращается с частотой f = 2 об/сек в однородном магнитном поле с индукцией B = 0,2 Тл. Определить магнитный поток , пронизывающий контур, если нормаль к его плоскости составляет угол  = 30^о с линиями поля.

Вариант 2.

Определить, во сколько раз будут отличаться магнитные потоки, пронизывающие вращающуюся с частотой f = 2 об/сек прямоугольную рамку при двух ее положениях относительно направления индукции магнитного поля B, соответствующих углам ₁ = 0 ^о и ₂ = 30^о между нормалью к плоскости рамки и вектором B.

Вариант 3.

В однородном магнитном поле, индукция которого равна B = 0,2 Тл, вращается с частотой f = 2 об/сек квадратная рамка, площадью S = 100 см². Определить магнитный поток , пронизывающий рамку, когда нормаль к ее плоскости составляет с направлением магнитного поля угол  = 45^о.

Вариант 4.

Прямоугольная рамка, площадь которой равна S = 50 см², вращается в однородном магнитном поле, делая 20 об/сек. Ось вращения находится в плоскости рамки посередине двух противоположных узких сторон рамки и перпендикулярна силовым линиям магнитного поля. Индукция магнитного поля равна B = 0,1 Тл.

Найти:

1) значения магнитного потока , пронизывающего рамку, для моментов времени t = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 сек;

2) наибольшее значение магнитного потока .

Вариант 5.

Плоский прямоугольный контур, площадь которого S = 118 см², вращается с частотой f = 2 об/сек в однородном магнитном поле с индукцией B = 0,1 Тл. Определить магнитный поток , пронизывающий контур, если нормаль к его плоскости составляет угол  = 30^о с линиями поля.

Вариант 6.

Определить, во сколько раз будут отличаться магнитные потоки, пронизывающие вращающуюся с частотой f = 2 об/сек прямоугольную рамку при двух ее положениях относительно направления индукции магнитного поля B, соответствующих углам ₁ = 0^о и ₂ = 45^о между нормалью к плоскости рамки и вектором B.

Вариант 7.

В однородном магнитном поле, индукция которого равна B = 0,1 Тл, вращается с частотой f = 2 об/сек прямоугольная рамка, площадью S = 94 см². Определить магнитный поток , пронизывающий рамку, когда нормаль к ее плоскости составляет с направлением магнитного поля угол  = 45^о.

Вариант 8.

Прямоугольная рамка, площадь которой равна S = 100 см², вращается в однородном магнитном поле, делая 20 об/сек. Ось вращения находится в плоскости рамки посередине двух противоположных узких сторон рамки и перпендикулярна силовым линиям магнитного поля. Индукция магнитного поля равна B = 0,1 Тл.

Найти:

1) значения магнитного потока , пронизывающего рамку, для моментов времени t = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 сек;

2) наибольшее значение магнитного потока .

Вариант 9.

Плоский прямоугольный контур, площадь которого S = 79 см², вращается с частотой f = 2 об/сек в однородном магнитном поле с индукцией B = 0,15 Тл. Определить магнитный поток , пронизывающий контур, если нормаль к его плоскости составляет угол  = 30^о с линиями поля.

Вариант 10.

Определить, во сколько раз будут отличаться магнитные потоки, пронизывающие вращающуюся с частотой f = 2 об/сек прямоугольную рамку при двух ее положениях относительно направления индукции магнитного поля B, соответствующих углам ₁ = 10^о и ₂ = 30^о между нормалью к плоскости рамки и вектором B.

Вариант 11.

Прямоугольная рамка, площадь которой равна S = 100 см², вращается в однородном магнитном поле, делая 10 об/сек. Ось вращения находится в плоскости рамки посередине двух противоположных широких сторон рамки и перпендикулярна силовым линиям магнитного поля. Индукция магнитного поля равна B = 0,2 Тл.

Найти:

1) значения магнитного потока , пронизывающего рамку, для моментов времени t = 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 сек;

2) наибольшее значение магнитного потока .

Вариант 12.

Прямоугольная рамка, площадь которой равна S = 100 см², равномерно вращается в однородном магнитном поле, делая 10 об/сек. Ось вращения находится в плоскости рамки посередине двух противоположных широких сторон рамки и перпендикулярна силовым линиям магнитного поля, индукция которого равна B = 0,15 Тл. В момент времени t = 0 плоскость рамки перпендикулярна вектору индукции.

Найти:

1) значения магнитного потока , пронизывающего рамку, для моментов времени t = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 сек;

2) наибольшее значение магнитного потока .