3. Описание установки.

Установка определения коэффициента взаимной индукции катушек состоит из четырёх отдельных блоков, соединённых согласно схеме, приведенной на рис. 3.

рис. 3

Эта установка включает: источник переменного напряженияPQ, которым служит звуковой генератор ГЗ-112/1, соединенный с рабочим усилителем РУ, имеющим маркировку ГЗ-112/1. Напряжение от РУ подаётся на кассету ФПЭ-05.

Внутри ФПЭ-05 смонтированы две соосные катушки. Малая катушка L₂ является подвижной. Она прикреплена к подвижному штоку, на котором нанесены деления (1 дел. = 10мм) для фиксации его положения относительно катушки L₁. Внутри ФПЭ-05 располагается также сопротивление R = 10 кОм, соединённое последовательно с L₁.

Принципиальная схема кассеты ФПЭ-05 представлена на лицевой панели. Для подключения катушек к генератору PQ используются переключатели панели П₁ и П₂. Когда П₁ находится в положении PQ, то L₁ подключена к генератору PQ. В это время переключатель П₂ должен быть в положении P0. Это означает, что L₂ подключена к вольтметру для измерения эдс ℰ₂, наведённой в L₂. Затем переключатель П₂ переводится в положение PQ, и генератор подключается к L₂. В это время П₁ должен быть в положении P0. При этом вольтметр измеряет эдс ℰ₁, наведенную в L₁. Использование переключателей П₁ и П₂ позволяет определить взаимную индуктивность катушек L₁ и L_2, не переставляя их.

Для измерения эдс, наводимой в каждой катушке используют вольтметр В7-40/5 к которомуприсоединяется кассета ФПЭ-05. После подключения цифрового вольтметра в сеть 220 В включают тумблер «сеть». На лицевой панели вольтметра у указателя «род работы» нажимают кнопку U~, а у указателя «пределы» нажимают кнопку АВП.

При этом на световом табло должен светиться указатель «Ω, mV» т. е. величина наведённой эдс в милливольтах.

Величину напряжения U₁ (U₂), подводимого то к одой, то к другой катушке определяют с помощью вольтметра расположенного на лицевой панели рабочего усилителя РУ.

4. Порядок выполнения работы.

1. Перед началом работы проверить правильность соединения отдельных блоков установки (рис. 3).

2. Включить в сеть с напряжением 220 В вилки приборов: звукового генератора PQ, усилителя РУ и цифрового вольтметра В7-40/5.

3. Перевести в положение «вкл» тумблеры «сеть» приборов: звукового генератора PQ, усилителя РУ и цифрового вольтметра В7-40/5.

Задание 1. Измерение взаимной индуктивности катушек при разном и расположении относительно друг друга.

1. Установить переключатель П₁ в положение PQ, а П₂ - в положение P0.

2. Установить подвижную катушку L₂ в положение «0» с помощью выдвижного штока, на котором нанесены деления от 0 до 100 мм.

3. Установить эффективное напряжение, подаваемое на катушку L₁ в пределах 3 ÷ 5 В. Это производят с помощью правой ручки на лицевой панели генератора PQ. Величину этого напряжения показывает вольтметр на лицевой панели усилителя РУ.

4. Установить частоту генератора PQ 1 ÷ 5 кГц с помощью ручки на лицевой панели генератора. Множитель частот должен стоять в положении 10².

5. Подготовить к измерению эдс индукции ℰ₂ цифровой вольтметр. Произвести измерение этой эдс.

6. Перемещая с помощью штока катушку L₂ по оси Z, измерить эдс индукции ℰ₂ при каждом её положении, изменяя Z на 1см от 0 до10 см. Результаты занести в таблицу 1. По формуле (13) рассчитать величину L₂₁.

7. С помощью переключателей П₁ и П₂ поменять местами катушки L₁ и L₂. Повторить измерения, описанные в п.6 и рассчитать величину L_{12 .} Полученные данные занести в таблицу 1.

Таблица 1.

U₁ = В, ƒ = кГц

№ п/п	Z,см	ℰ2, мВ	L21, мГн	ℰ1,мВ	L12 ,мГн
1	0
2	1
-	-
11	10

8. По данным таблицы 1 построить на миллиметровке графики зависимости L₂₁ и L₁₂ от расстояния между центрами катушек.

Задание 2. Определение взаимной индуктивности L₂₁ при различных напряжениях генератора.

1. Расположить катушку L₂ в среднее положение относительно L₁, выдвинув шток на Z = 50 ÷ 60 мм . Переключатель П₁ поставить в положение PQ, переключатель П₂ - в положение PO.

2. Установить частоту звукового генератора 1 ÷ 4 кГц.

3. Изменяя величину напряжения U₁ в цепи катушки L₁ (с помощью правой ручки на лицевой панели генератора), измерить величины эдс индукции ℰ₂. Измерения провести в интервале 2 ÷ 8 В через 1В.

4. По формуле (13) рассчитать L₂₁. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2. По данным этой таблицы найти среднее значение L₂₁.

Таблица 2.

Z = см, ƒ = кГц

U1, В
ℰ2, мВ
L21, мГн

Задание 3. Определение взаимной индуктивности L₂₁ при разных частотах генератора.

1. С помощью подвижного штока расположить катушку L₂ на Z = 50÷60 мм относительно L₁.

2. Установить величину эффективного напряжения U₁ на катушке L₁ в пределах 3÷5 В.

3. Изменяя частоту генератора PQ от 1 до 10 кГц, измерить величину наведённой в L₂ эдс индукции ℰ_2. По формуле (13) рассчитать величину L₂₁. Результаты занести в таблицу 3. По данным этой таблицы найти среднее значение L₂₁.

Таблица 3

Z = см, U₁ = B

ƒ, кГц
ℰ2, мВ
L21, мГн

4. Пользуясь формулой (13) рассчитать относительную погрешность измерения L₂₁ методом косвенных измерений, а также абсолютную погрешность L₂₁ и записать окончательный результат.

Вопросы для допуска к работе.

1. Какие блоки содержит установка для определения взаимной индуктивности двух катушек? Как они должны быть соединены?

2. Каким напряжением питается генератор переменного напряжения, усилитель и вольтметр?

3. Какова роль сопротивления R? Каким оно должно быть?

4. Какова роль переключателей П₁ и П₂?

5. Как измерить напряжение, подводимое к каждой катушке?

6. Как измеряют эдс индукции, наводимую то в одной, то в другой катушке?

7. Какова цель задания № 1?

8. Какую зависимость изучают во втором и третьем заданиях?

Вопросы для защиты работы.

1. В чём заключается закон электромагнитной индукции?

2. Отчего зависит величина эдс индукции?

3. В чём заключается закон Ленца?

4. Какая величина называется магнитным потоком? В каких единицах измеряется магнитный поток?

5. Каким образом магнитный поток через поверхность связан с числом линий индукции?

6. Что называют полным магнитным потоком через контур с Nвитками?

7. В чём заключается явление взаимной индукции?

8. Какие контуры называются связанными?

9. Какая величина называется взаимной индуктивностью контуров?

10. От чего зависит величина взаимной индуктивности двух контуров?

11. В каких единицах измеряется взаимная индуктивность?

12. Объяснить сущность метода измерения коэффициента взаимной индукции контуров.

13. Как зависит взаимная индуктивность катушек от частоты генератора, питающего одну из катушек?

14. Как зависит взаимная индуктивность катушек от величины напряжения, подаваемого на одну из катушек?

15. Почему наибольшее значение взаимной индуктивности катушек получается при расположении малой катушки в средней части большой катушки?

16. Обсуждение полученных результатов.

17. Оценка абсолютной и относительной погрешности при определении L₂₁ по формуле (13).

Литература.

1. Методические указания к лабораторным работам по разделу «Электромагнетизм», ч. 2, М-2001г.

2. Савельев И.В., Курс общей физики, т.2,М.,. Наука 1998г.