Elektrichestvo_2006

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 1.

Рис. 1

После проверки электрической цепи преподавателем

иразрешения с его стороны

2.Включить питание электрической цепи выключателем SA и прогреть электронагреватель в течение 10-15 мин, не ставя сосуд на него.

3.С помощью лабораторных весов определить массу сосуда m1. Налить воду в сосуд до указанного преподавателем уровня и измерить массу сосуда с водой, а затем определить массу m2 воды в сосуде.

4.С помощью термометра измерить начальную температуру tн воды в сосуде. Температуру воды и сосуда считать одинаковыми.

5.Установить сосуд с водой и помещенным в нее термометром на электронагреватель, одновременно начав отсчет времени нагрева.

6.Не вынимая термометр из воды и помешивая им воду, измерить температуру

воды tк с заданным преподавателем шагом времени нагрева не менее пяти раз. Конечная температура tk воды для одного опыта является начальной температурой tн для последующего опыта. Измеренные значения температур записать в таблицу.

7.Рассчитать мощность электрического нагревателя Р с помощью формулы (3).

8.С помощью формулы (2) рассчитать потребленную энергию Q и ее стоимость Ст,

учитывая, что стоимость 1 кВт ч = 3,6 106 Дж равна 1,60 руб. (на 1.01.2006 г.).

9.С помощью формулы (6) рассчитать полезную энергию Qп .

10.Рассчитать КПД нагревателя с помощью формулы (4).

11. Произвести расчет абсолютной < > и относительной погрешностей определения КПД.

Таблица

Коэффициент полезного действия современных трансформаторов составляет 97 98 %; 2 3% мощности трансформатора идет на электрические и магнитные потери.

Электрические потери возникают в обмотках трансформатора, которые нагреваются при протекании тока и выделяют тепло в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

Магнитные потери связаны с перемагничиванием сердечника и

возникновением в нем вихревых токов (токов Фуко). Потери на вихревые токи удается снизить за счет того, что магнитопровод выполняют из отдельных, изолированных друг от друга пластин (шихтованный магнитопровод). Потери на перемагничивание (гистерезисные потери) уменьшают при выполнении магнитопровода из ферромагнитных материалов с узкой петлей гистерезиса.

Для предохранения изоляции обмоток и сердечника трансформатора от недопустимого перегрева в результате электрических и магнитных потерь предусматривается охлаждение их окружающим воздухом или изоляционным маслом, которым заполняется кожух трансформатора.

Исследование трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания позволяет определить потери мощности в трансформаторе: магнитныеРм в режиме холостого хода при номинальном первичном напряжении, электрические Рэ в режиме короткого замыкания при номинальном первичном токе.

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение активной мощности Р2, полученной потребителем от вторичной обмотки, к активной мощности Р1, потребленной первичной обмоткой от сети:

загруженности трансформатора и коэффициента мощности подключенных потребителей электроэнергии. Максимум КПД трансформатора соответствует режиму номинальной (расчетной) нагрузки.

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой, представленной на рис. 3. Обозначения на рис. 3: SA1, SA2 выключатели, PA амперметр, PV1, PV2 вольтметры, RР1, RР2 реостаты, T трансформатор.

35

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-06

Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли

Цель работы: изучить устройство тангенс-гальванометра, определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли с помощью тангенсгальванометра.

Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, амперметр, источник постоянного тока, переключатель, соединительные провода.

Теория работы

Планета Земля в целом представляет собой магнит, полюса которого отклонены от географических полюсов на угол 11,50, что вдоль поверхности Земли составляет расстояние 300 км. Магнитный полюс Земли, расположенный вблизи географического севера, называется южным (S) магнитным полюсом, а магнитный полюс, расположенный вблизи географического юга северным (N) магнитным полюсом.

Существование магнитного поля Земли (геомагнитного поля) обязано, скорее всего, гидродинамическим процессам в жидком металлическом ядре Земли, т.е. связано с конвективными движениями электропроводящей жидкости земного ядра. До настоящего времени остаются неизвестными источники энергии, возбуждающие конвективное движение в ядре Земли.

Напряженность Н геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору от 55,7 до 33,4 А/м за счет сгущения магнитных силовых линий у полюсов и разрежения у экватора.

Магнитное поле Земли имеет дипольный характер, т.е. подобно магнитному полю прямого магнита (рис. 1).

N

Рис. 1

Силовые линии геомагнитного поля исходят из северного (N) магнитного полюса и входят в южный (S) магнитный полюс. Точки схождения силовых линий геомагнитного поля лежат не на самой поверхности Земли, а под ней. По отношению к поверхности Земли силовые линии вертикальны на магнитных

38

полюсах и горизонтальны на экваторе. В иных точках Земли силовые линии и вектор напряженности магнитного поля Н (касательный к силовой линии в каждой ее точке) наклонены к поверхности под некоторым углом, величина которого изменяется (в зависимости от положения рассматриваемой точки) в пределах от 0 (на экваторе) до 900 (на магнитных полюсах).

Таким образом, в любой точке (например, точке К на рис. 1) силовая линия геомагнитного поля и вектор Н, касательный к ней в этой точке, располагаются под определенным углом к вертикали. Следовательно, его можно представить как сумму горизонтальной Н и вертикальной Нп составляющих. Магнитная стрелка компаса в любой точке Земли устанавливается в плоскости магнитного меридиана под действием горизонтальной составляющей Н напряженности Н геомагнитного поля.

Если с помощью кругового тока около магнитной стрелки создать еще одно магнитное поле НI, то стрелка установится по направлению равнодействующей обоих магнитных полей. Так как магнитное поле НI кругового тока нетрудно вычислить, зная ток, то горизонтальную составляющую напряженности земного магнитного поля можно определить по углу отклонения стрелки и величине магнитного поля НI кругового тока. Именно таким образом в данной лабораторной работе определяется горизонтальная составляющая магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра.

Тангенс-гальванометр представляет собой обмотку из нескольких круговых проводников (витков) и помещенной в ее центре на вертикальном острие легкой магнитной стрелки. При отсутствии тока в обмотке магнитная стрелка ориентируется вдоль горизонтальной составляющей магнитного поля Н Земли. При протекании тока в витках обмотки появляется собственное магнитное поле НI тангенс-гальванометра, и магнитная стрелка устанавливается вдоль равнодействующей

Н = Н + НI, магнитных полей, поворачиваясь на угол . Установим зависимость между углом поворота магнитной стрелки и горизонтальной составляющей

головка винта (ручка буравчика) вращается по часовой стрелке (или против), то

направление движения острия винта определяет направление вектора элементарной

напряженности магнитного поля dН .

При прохождении тока I по каждому витку тангенс-гальванометра модуль напряженности магнитного поля Н1 в центре кругового витка с током I может быть определен по закону Био-Савара-Лапласа в интегральной форме:

39

где R радиус витка тангенс-гальванометра.

Величина напряженности магнитного поля обмотки с N витками тангенсгальванометра определяется по формуле

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис.3. Обозначения на рис. 3: SA1, SA2 – переключатели, PA амперметр, RP реостат, ТГ тангенс-гальванометр.

__

ТГ

N

+ mA

Рис. 3

После проверки электрической цепи преподавателем

иразрешения с его стороны

2.Установить плоскость контура тангенс-гальванометра строго в плоскости магнитного меридиана Земли (магнитную стрелку поставить на нуль шкалы компаса).

40