perechen_lab_rab_na_rus_yaz__227_laboratorii / ФПЭ-05

Работа ФПЭ-05. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИИ

Цель работы – исследование явления взаимной индукции двух коаксиально расположенных катушек.

Общие сведения

Рассмотрим два контура 1 и 2, расположенные на некотором расстоянии друг от друга (рис. 5.1). Если по контуру 1 пропустить ток , то он создает поток магнитной индукции через контур 2, который будет пропорционален току

(5.1)

Рис. 5.1. Исследование явления взаимной индукции двух катушек.

Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом взаимной индукции контуров или взаимной индуктивностью контуров. Он зависит от формы и взаимного расположении контуров 1 и 2, а также от магнитных свойств окружающей среды. При изменении тока в первом контуре магнитный поток через второй контур изменяется, следовательно, в нем наводится ЭДС взаимной индукции:

(5.2)

Формула (5.2) справедлива в отсутствие ферромагнетиков.

Если поменять местами контуры 1 и 2 и провести все предыдущие рассуждения, то получим

(5.3)

Можно показать, что коэффициенты взаимной индукции

(5.4)

Приборы и оборудование

PQ- звуковой генератор,

PO - электронный осциллограф,

ФПЭ-05 – модуль (взаимная индукция),

- две катушки индуктивности на одной оси

Ш- шток со шкалой, показывающей взаимное расположение катушек и .

Метод измерения

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 PQ напряжение с которого

(5.5)

подается через сопротивление R. Вольтметр, расположенный на панели PQ, измеряет действующие значения напряжения . R выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство

(5.6)

где - индуктивность катушки 1; R - ее активное сопротивление.

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

(5.7)

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

(5.8)

Для измерения используется осциллограф. Амплитуда ЭДС взаимной индукции

(5.9)

где f - частота звукового генератора.

Из (5.9) имеем

(5.10)

Если поменять местами катушки 1 и 2, то можно измерить

(5.11)

Рис. 5.2. Положение переключателей и для перестановки катушек

Для перестановки катушек необходимо переключатели и перебросить в противоположное положение (рис. 5.2)

Порядок выполнения работы

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

1. Собрать схему, изображенную на рис. 5.3 и 5.4.

2. Ознакомиться с работой электронного осциллографа и звукового генератора.

Рис. 5.3. Схема устройства установки

Рис. 5.4. Электрическая схема установки

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

4. Установить подвижную катушку 1 в крайнее положение. Перемещая ее в противоположное крайнее положение через 1 см, записывать значение ЭДС взаимной индукции в цепи катушки 2. Метод измерения ЭДС с помощью электронного осциллографа описан в приложении 1.

5. По формуле (5.10) рассчитать значение . Полученные данные занести в табл. 5.1.

6. Поменяв местами катушки и (с помощью переключателей и ), повторить измерения по пп. 2,3 и рассчитать

7. Построить графики зависимости и как функции координаты z (z- расстояние между центрами катушек 1 и 2).

Таблица 5.1

Z см			Гн			Гн
	деление	В		деление	B

Задание 2. Измерение при различных значениях амплитуды питающего напряжения.

1. 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 напряжения в цепи катушки 1 в интервале 0-5 В через 0,1 В.

4. По формуле (5.10) рассчитать . Полученные данные занести в табл.

5.2.

Таблица 5.2

, В
, В
, Гн

Задание 3. Измерение при различных частотах питающего напряжения.

1. Поставить катушку 1 в среднее положение относительно катушки 2.

2. Задать амплитуду напряжения генератора по указанию преподавателя

(например, 2В).

3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции при различных

частотах звукового генератора от 5 до 20 кГц (не менее 10 значений).

4. По формуле (5.10) рассчитать . Полученные данные завести в табл.

5.3.

Таблица 5.3

, Гц
, В
, Гн

5. Для одного из полученных значений рассчитать абсолютную и относительную погрешности ∆ и ∆/ .

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон электромагнитной индукции Фарадея и правило

Ленца.

2. В чем состоит явление взаимной индукции?

3. Чему равна ЭДС взаимной индукции двух контуров?

4. От чего зависит коэффициент взаимной индукции?

5. Объясните график зависимости , полученный в данной

работе.

Литература

1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: Мир и образование, 2005.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество. –М.: Наука, 1983.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. – М.: Астрель, 2001.