- •Министерство образования российской федерации
- •Лабораторная работа № 94 изучение явления взаимной индукции двух катушек.
- •1. Явление взаимной индукции. Основные представления и характеристики.
- •Если контур состоит из n витков, то полный магнитный поток (потокосцепление) через этот контур равен:
- •2. Обоснование метода измерений.
- •3. Описание установки.
- •4. Порядок выполнения работы.
- •Методические указания к лабораторной работе “Изучение явления взаимной индукции двух катушек”
Если контур состоит из n витков, то полный магнитный поток (потокосцепление) через этот контур равен:
,
(4)
где Ф - магнитный поток через один виток.
Явление взаимной индукции.
Явление возникновения эдс в одном контуре при изменениях силы тока в другом называется взаимной индукцией.
Рассмотрим два контура 1 и 2, расположенные близко друг к другу (рис. 2). Если в контуре 1 течёт ток i1, то его магнитное поле создаёт в контуре 2 полный магнитный поток, пропорциональный току i1:
21=L21i (5)
Рис.
2
(на рис. 2 магнитное поле B1, связанное с i1 показано сплошными линиями).
При изменении тока i1 в контуре 2 индуцируется ЭДС ℰ21 :
ℰ21=
– L21
.
(6)
Аналогично, при протекании по контуру 2 тока i2 в контуре 1 возникает связанный с ним полный магнитный поток 12 (поле тока i2 имеет индукцию B2 и показано на рис. 2 пунктирными линиями):
12 = L12 i2 . (7)
При изменении тока i2 в контуре 1 возникает эдс индукции ℰ12:
ℰ12=
-L12
.
(8)
Контуры 1 и 2 называются связанными (посредством магнитного поля). Коэффициенты L12 и L21 называются коэффициентами взаимной индукции или взаимной индуктивностью контуров.
В отсутствие ферромагнетиков эти коэффициенты равны друг другу: L12 = L21 .
Величина взаимной индуктивности зависит от формы, размеров и взаимного расположения контуров, а также от магнитной проницаемости окружающей их среды. Коэффициент взаимной индукции в СИ измеряется в Генри (Гн):
1
Гн=
.
2. Обоснование метода измерений.
В данной работе определяют взаимную индуктивность двух соосных катушек: длинной L1 и короткой L2, которая надета на L1 и может перемещаться вдоль общей оси катушек.
При подключении катушки L1 к источнику переменного напряжения U1=U01 cos t в ней создается ток:
i1
=
=
cost
= I01
cos
t
, (9)
где R – сопротивление резистора, включённого последовательно с катушкой L1.
В
еличинаR
выбирается такой, чтобы выполнялось
условие R»
.
Здесь R1
– активное сопротивление катушки L1.
Переменный ток i1 создает в катушке L2 эдс индукции ℰ21, которая согласно (6) равна:
ℰ21=
-L21
=L21
sin t
= ℰ02
sin t
.
(10)
Величина 02 является амплитудным значением наведенной в L2 эдс:
ℰ02
= L21
ω
= L21
2πƒ,
(11)
где ƒ – частота изменения напряжения U1, даваемого генератором, питающим катушку L1.
Исходя из формулы (11) можно определить L21:
L21=ℰ02
.
(12)
Таким образом, для определения коэффициента взаимной индукции катушек L21 необходимо измерить амплитудные значения напряжения U01, питающего катушку L1, и наведённой в L2 эдс ℰ02 , а также знать величины R и f.
В
ольтметры,
используемые для измерения напряжений
и эдс переменного тока, показывают
эффективное значениеUэф
(ℰэф),
которое связано с амплитудным U0=Uэф
.
Тогда формула для расчётаL21
имеет вид:
L21=ℰ2
= ℰ2
.
(13)
