Раздел 2. Электромагнетизм

2.2 Электромагнитная индукция Лабораторная работа № 3 Исследование явления электромагнитной индукции, самоиндукции, взаимоиндукции

Цель работы:

По результатам эксперимента убедиться, что при изменении магнитного потока в катушке, в ней наводиться ЭДС и дать объяснения каждому опыту.

План работы:

Ознакомиться с приборами и оборудованием лабораторного стола и записать их технические данные в таблицу 1.

Приборы и оборудование:

1. Амперметр Э-378 3А

2. Вольтметр Ц-4311 0,75 мВ

3. Вольтметр М-42100 3-0-3 В

4. Вольтметр М-367 15 В

5. Вольтметр Э-378 250 В

6. Вольтметр Э-378 150 В

7. Катушка индуктивности 2340 витков

8. Катушка индуктивности 4800 витков

9. Электромагнит

10. Постоянный магнит Э

11. Лампа накаливания МО 36-40

12. Лампа накаливания МО 12-40

13. Резистор ПЭЛ-1-051

14. Диоды полупроводниковые Д-302 Д1, Д2

Выполнение работы:

1. Соберите схему а и изучите явление электромагнитной индукции, вводя в катушку L1 или L2 постоянный магнит.

2. Соберите схему б. Установите напряжение в цепи 5 – 6 В. Перемещая электромагнит, начало в катушке L1, затем в катушке L2 измерьте примерное значение наведённой ЭДС и, сравнив результаты эксперимента, сделайте выводы о величине индуктированной ЭДС.

3. Соберите схему в, изменяя напряжение от 0 до 30 В для 3-х значений определите величины ЭДС, индуктированных в катушках L1 и L2. Объясните это явление, сравните результаты измерений и сделайте вывод о величине индуктированной ЭДС в зависимости от числа витков катушки.

4. Соберите схему г, установите напряжение на зажимах цепи 30 В. При включении лампа Л2 загорается медленнее, чем Л1, а при выключении лампа Л2 гаснет медленнее, чем Л1. Пронаблюдайте это явление и дайте ему подробное объяснение.

5. По результатам проведённых экспериментов сделайте вывод по работе.

Использованные источники: [1], [7], [8], [9].

Контрольные вопросы:

1. Самый яркий пример явления взаимоиндукции.

2. Как изменится ток при введении сердечника?

3. В каких единицах измеряется индуктивность?

Раздел 3.Однофазные цепи переменного тока.

Тема 3.3электрическая цепь с активным и реактивными сопротивлениями.

Лабораторная работа № 4.

Исследование неразветвлённой цепи с активным и индуктивным сопротивлением

Общие сведения из теории:

При прохождении переменного тока через катушку, вокруг неё создаётся переменное поле, которое наводит в катушке ЭДС самоиндукции при I_L

I_L = - I d_i / d_t

Направление ЭДС самоиндукции определяется по закону Ленца: При увеличении тока d_i/d_t.>0 ЭДС самоиндукции отрицательна, т.е. направлена навстречу току, в контуре. Наоборот, при уменьшении тока d_i/d_t.>0 ЭДС самоиндукции положительная и направлена одинаково с током. Таким образом, ЭДС самоиндукции всегда препятствует изменению тока. Это препятствие называется индуктивным сопротивлением.

X_L = WL = 2 п f L

Где L- индуктивность катушки, зависящая от формы и размеров катушки, от числа витков и от сердечника. Измеряется в генри. Катушка обладает, как активным сопротивлением (сопротивление, которое оказывает сам проводник электрическому току), так и индуктивным сопротивлением, поэтому полное сопротивление:

Z=

Мгновенная мощность в такой цепи изменяется с двойной частотой несинусоидально, причём, одна часть расходуется на тепло (нагрев активного сопротивления) – активная мощность:

P=U I cos= U_a I (вт)

А другая часть идёт на создание переменного магнитного поля вокруг катушки – Q – реактивная мощность. P = U I cos= U_a I (вар)

Полная мощность – S= (ва)

Коэффициент мощности - cos=r/z=P/S

Угол в цепи с активным сопротивлением и индуктивностью всегда положительный, т.е. в такой цепи напряжение опережает ток наcos.

Цель работы:

Проследить, как изменяется индуктивность катушки с сердечником и без него.

Приборы и оборудование:

1. Амперметр Э30 5 А

2. Вольтметр Э30 250 В

3. Катушка индуктивности на 1200 витков с активным сопротивлением r=13Ом

4. Сердечник в катушке.

5. Катушка с сердечником – 1шт.

6. Катушка без сердечника – 1 шт.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с приборами.

2. Собрать схему и показать её руководителю занятий.

Собрать схему цепи:

3. Провести два замера тока и напряжение катушки с сердечником и без него.

Данные записать в таблицу 1.

Таблица 1

Порядок замера	U	Uрез.	Uk	I	cos
	B	B	B		----
1
2
3
4
5

4. Провести расчёт для двух замеров.

Определить:

- Полное сопротивление катушки – Z

- Индуктивное сопротивление – X_L

- Индуктивность катушки – L

- Падение напряжения на активном сопротивлении – U_a

- Падение напряжения на индуктивном сопротивлении – U_L

- Активную мощность – Р

- Реактивную мощность – Q

- Полную мощность – S

- Коэффициент мощности - cos

- Энергию магнитного поля - W_L

Данные записать в таблицу 2.

Таблица 2

Порядок замера	Rp	R	Zk	Xl	L	Z	Pa	Ql	S	Ua	Ul
	Ом	Ом	Ом	Ом	Гн	Ом	Вт	Вар	ВА	В	В

5. В масштабе построить векторные диаграммы напряжений и треугольники сопротивлений для двух случаев.

6. Сделать вывод по проделанной работе (как изменяется ток, напряжение, сопротивление cos цепи с изменением индуктивности).

Использованные источники: [1], [7], [8], [9].

Контрольные вопросы:

1. Как записать закон Ома для данной цепи?

2. Что такое идеальная катушка?

3. Особенности энергетических процессов в данной цепи.