dircurrent1

Пусть на клеммы звукового генератора подается переменно е на-

пряжение от звукового генератора. В каждый момент времени В

пропорционально току, идущему через катушку

î

Âî = mî4pn1J1

ãäå n1 — число витков на единицу длины катушки I , J1 — идущий через нее ток. С сопротивления R1 снимается напряжение равное

Ux ~ Bo

Теперь рассмотрим замкнутую цепь LII – R2 –C1. Если бы напряжение снималось непосредственно с клемм обмотки II, то оно б ыло бы пропорционально

dB

Для того, чтобы Uy стало пропорционально B, а не dt в цепь включена интегрирующая цепочка или интегратор (рис. 4.)

C

R2

C1

d

Ðèñ. 4.

 öåïè LII – r2 – C1 действует ЭДС самоиндукции

εi = − dÔ = −n2 S dB dt dt

которая приложена к клеммам интегратора а и в. В этой цепи напряжение на конденсаторе Vñ, падение напряжения на сопротивлении R2 и э.д.с. самоиндукции ei связаны соотношением

51

Vc + JR2 = -n2 S dB dt

Åñëè R2 взять достаточно большим, то Vc в последнем равенстве можно пренебречь. Поэтому

Итак, получено

III. Работа перемагничивания

Покажем, что работа, затрачиваемая магнитным полем на пер е- магничивание ферромагнетика, пропорциональна площади п етли гистерезиса. Для этого воспользуемся формулой

где dA — элементарная работа, идущая на образование энергии магнитного поля в контуре, J — ток в этом контуре. dФ — приращение потока в этом контуре.

Рассмотрим достаточно длинный соленоид с ферромагнитны м сердечником, площадь сечения которого (и витков) равна S. Тогда, если соленоид имеет N — витков.

В вакууме (без сердечника) индукция Вî такого соленоида равна

4πμo . Произведение BodB дает (см. рис. 5) площадь по-

лоски Е. Отсюда нетрудно получить то, что работа за полный ц икл

52

ãäå S1 — площадь петли гистерезиса для данного сердечника.

Â

Ðèñ. 5.

Экспериментальная часть

В данной работе катушки I и II намотаны на кольцо квадратного сечения. Размеры указаны на рис. 6. Обе катушек имеют пример но по 330 витков каждая провода ПЭЛ-0,15.

Возвращаясь к рис.3. R1 = 177 îì

C1 =7500 ïô

R2 =150 êîì

Для того, чтобы воспользоваться формулой (I), необходимо подставить истинное значение площади петли гистерезиса для данного образца, выраженную в координатах ВВî.

Площадь петли, получаемой на экране осциллографа с помощь ю схемы, изображенной на рис. 1 зависит от номинальных значен ий элементов этой схемы. Площадь петли зависит также от особ енностей каналов Х и У осциллографа. Отклонение луча на экране о сциллографа пропорционально напряжению подаваемому на соот ветствующий вход осциллографа.

53

Отсюда

dUxdUy = Kx × Ky ×dx ×dy

Используя выражения (I) и (II) найдем

dBdBo = 4πμon1 × C1R2 × dU x × dU y R1 n2 S

Эта формула дает связь элемента площади в координатах ВВî с элементом площади на экране осциллографа. Совместно с фор мулой это даст

непосредственно на экране осциллографа.

Упражнение 1. Определение мощности перемагничивания серд еч- ника

При использовании формулы III необходимо знать коэффициенты Кõ, Êó. Для этого следует получить на экране осциллографа петлю гистерезиса и с помощью ручек «усиление х» и «усиление у» придать петле размеры, удобные для измерения. После этого на « вход х» подается переменное напряжение от звукового генерато ра (все остальное от осциллографа отключается). Измеряется длина линии на экране для каждого значения напряжения (3-5 значений) Кõ определяется из соотношения

где l — длина линии, Uýô — показания вольтметра. Кó — определяется аналогично. (Сигнал от звукового генератора подае тся на вход У).

После этого вновь подключается схема согласно рис. 3 и прои з- водится непосредственное сведение петли гистерезиса на миллиметровую бумагу. Результат рассчитывается по форму ле 3. Мощность при перемагничивании W очевидно равна W = g A.

где g — частота подаваемого переменного напряжения.

54

Примечание к упражнению: ГЗ - 18

Ориентировочная частота: g = 180 ¸ 200 Гц; Uî = 30 В. Параллельно R1 необходимо подключить реостат 1000 ом, тогда

Порядок выполнения работы

1.Собрать схему (рис. 3).

2.Подготовить осциллограф к работе.

а) выключить разверстку, т.е. «Диапазон частоты» в положение «Выкл».

б) «Сеть» — вверх, «Электрический луч» — верхнее положение.

в) получить изображение точки в центре экрана вращением ру- чек «Ось х», «Ось у». «Усил. Х», «усил. У» — в среднее положение.

3.Включить генератор ГЗ-18 («сеть – вверх»), «сопр. Напр» — АТТ-600. Ручка «Пределы шкал» в положение «ЗО», шкала «прибора» — 60V. Ручками «РЕГ. Вых» и «установка частоты», получить на экране петлю гистерезиса, при этом V ~ 30V частота ~ 200-220 V.

4.Определить площадь петли гистерезиса (ее размер можно ре гулировать ручкой «усиление»). После измерения ручки «Усиление» на осциллографе на трогать.

5.Определить Кх:

Все провода от осциллографа отсоединяют. От звукового ген ератора на клеммы «Вход» — «Земля» справа осциллографа – (Вход), подается напряжение. Определяют длину получившейся горизонтальной линии и соответствующее ей напряжение на генераторе

Êõ = 2 2 ×V ; l

6. Определить «Ку»: аналогично. Подают на «Вход у». Длину вертикальной линии можно менять вращением ручки «Рег. Вых.» на ГЗ18

55

Êó = 2 2 ×V ; l

Вопросы к работе

1.Как зависит вектор намагничивания от напряженности вне ш- него поля для различных веществ.

2.На что идет работа перемагничивания.

3.Пояснить принцип получения на экране осциллографа петл и гистерезиса с помощью схемы (рис. 3)

4.Почему в формулу (I) нельзя подставить площадь петли, све- д¸нной с экрана осциллографа.

Литература

С.Э. Фриш и А.В. Тиморева. Курс общей физики, т.2.

Лабораторная ¹ 9

Градуировка амперметра и вольтметра

Введение

1.При исследовании любых электрических цепей, машин, сложных электрических систем, а так же при их практическом исп ользовании, приходиться производить измерение различных элек трических величин. Кроме того, часто оказывается удобным измеря ть неэлектрические величины, предварительно преобразовав их в электрические.

2.Для измерения электрических величин служат электроизме рительные приборы. Приборы делятся на образцовые и рабочие. Первые применяются для хранения и воспроизведения единиц, а так же для проверки и градуирования рабочих приборов, которые ис пользуются для практических измерений.

Каждый электроизмерительный прибор характеризуется цел ой совокупностью данных. Чтобы правильно и наиболее целесоо бразно подобрать приборы для каких-либо конкретных измерений , нужно

56

знать эти приборы и их влияние на правильность измерения. Эти данные указаны условными знаками на шкале прибора или при водятся в описании, прилагаемом к прибору. В приложениях при ведены таблицы условных обозначений. Любой электроизмерител ьный прибор должен отвечать ряду требований.

Прибор должен:

1.Допускать непосредственный отсчет измеряемой величины по шкале.

2.Давать достаточно точные результаты измерений.

3.Быть чувствительным, т.е. реагировать на малые измеритель - ные величины.

4.Мало зависеть в своих показаниях от внешних факторов: тем - пературы воздуха, возможных магнитных полей.

5.Потреблять незначительную мощность; или иначе мало влиять на измеряемую цепь.

Классификация измерительных приборов

Классификация приборов производится по нескольким приз накам. Электроизмерительные приборы можно разделить на две группы:

а) приборы непосредственной оценки; б) приборы сравнения.

Приборы непосредственной оценки дают значение измеряем ой величины по их отсчетным приспособлениям (амперметр, вол ьтметр, ваттметр и т.д.). Приборы сравнения служат для сравнения из меряемой величины с эталоном этой величины (например мост Уит сона).

По роду измеряемой величины приборы делятся на группы, ук а- занные в таблице 1. На шкале прибора род измеряемой величин ы обозначается буквами, приведенными в последней графе таб лицы. Буквами в кружках эти приборы обозначаются на чертежах (с хемах) электрических цепей.

2. Приборы каждой группы имеют характерные особенности. Та к вольтметр должен обладать сопротивлением, намного больш им сопротивления того участка, на котором измеряется напряж ение. Наоборот, амперметр должен иметь, по возможности, малое со про-

57

тивление. Различаются вольтметр и амперметр по способу вк люче- ния в цепь.

Приборы внутри одной группы могут различаться по принцип у действия по точности и т.д.

Таблица 1.

Важной характеристикой электроизмерительного прибора я вляется точность его показаний. Точность показаний электрои змерительных приборов непосредственной оценки обычно характ еризуется их приведенной погрешностью, выраженной в процентах отношение абсолютной погрешности прибора к пределу измерени я прибора, т.е. к наибольшему значению, которое может быть измере но на шкале прибора.

f (%) = DA ×100%

Aêîì

По степени точности электроизмерительные приборы делят ся на 6 классов, обозначаемых цифрами: 0, 1; 1,2; 0,0; 1,0; 2,5; 4,0. Эти цифры указывают допустимую величину приведенной погрешнос ти.

Допустимая приведенная погрешность не одинакова для все й шкалы, вследствие чего, относительная погрешность растет по мере приближения к началу шкалы, поэтому рекомендуется по возм ожности не пользоваться при измерении начальной частью шка лы.

Приборы по принципу устройства и действия или по системе де-

58

лятся на следующие основные группы:

Принцип действия и краткие характеристики приборов различных систем

1. Прибор магнитоэлектрической системы состоит из неподви ж- ного постоянного магнита с наконечниками и железного цил индра между наконечниками. В цилиндрическом воздушном зазоре с оздается сильное магнитное поле, равномерное и распределенно е радиально. В зазоре вращается цилиндрическая рамка. Рамка сос тоит из алюминиевого каркаса. К каркасу прикреплены две полуоси, из которых он может вращаться. Рамка из тонкой медной проволок и, намотанная на каркас, имеет выводы для спиральных пружин, направленных к полуосям. Эти пружины одновременно противодействуют вращению рамки. К одной из полуосей прикрепле на указательная стрелка. При прохождении тока по обмотки рам ки, находящейся в зазоре, действует пара сил (рис. 1б). Величина силы выражается формулой

F = BLJ

где В — магнитная индукция в зазоре L — длина активной стороны рамки Момент силы Мìð = Fd = BLJd

где d — удвоенное плечо силы/

Так как поле равномерно и радиально, B, d, L постоянные, и мы

59

можем написать Mâð = Ñ1 × J, ò.å. MÂÐ пропорционально току.

Вращение рамки препятствует закручиванию пружинок. Их противодействующий момент пропорционален углу поворота .

Mïð = Ñ2 × a

Рамка будет неподвижна при Mâð = Mïð, ò.å. ïðè

α= Ñ1 × J = C × J Ñ2

Линейная зависимость между током J12 и углом отклонения обеспечивает равномерность шкалы прибора. Корректор поз воляет изменить положение закрепленного конца одной из спираль ных пружин и тем самым производить установку стрелки прибора на нуль. В силу того, что каркас подвижной катушки сделан из алюмин ия, т.е. из проводника, то возникающие в нем при движении в магн итном поле индуктивные токи создают тормозящий момент, что обуславливает быстрое успокоение. Достоинствами электромаг нитных приборов является: высокая чувствительность и точность п оказаний, нечувствительность к внешним магнитным полям, малое потр ебление энергии, равномерность шкалы, апериодичность стрелки быстро устанавливается на соответствующем делении почти без колебаний.

Ñ d Þ

60