физика - лабораторные / 2 / Л_Р_242

51

Лабораторна робота № 242

ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ В ЗМІННИХ МАГНІТНИХ ПОЛЯХ

Мета роботи  дослідити явище електромагнітної індукції в змінних магнітних полях.

Прилади та обладнання: соленоїд, знижувальний трансформатор, дві циліндричні котушки різного діаметра з різною кількістю витків, мілівольтметр із великим вхідним опором.

Теоретичні відомості

Відповідно до закону електромагнітної індукції електрорушійна сила індукції у контурі пропорційна і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку Ф крізь поверхню, обмежену контуром

.

Для котушки, що містить N витків, розташованої в магнітному полі соленоїда, значення Ф дорівнює сумі потоків Ф пронизуючих її окремі витки

Ф=.

Магнітний потік крізь поверхню, обмежену одним витком контуру Ф, дорівнює добутку проекції вектора на напрямок нормалі до площини витка на величину площі цієї поверхні S:

Ф=S.

Якщо витки котушки, поміщеної в середину соленоїда, перпендикулярні до його осі, то виконується умова = В, де В  модуль вектора поля соленоїда, і виникаюча в котушці ЕРС дорівнює

= - N= - NS.

На осі довгого соленоїда в середній його частині індукція магнітного поля

,

де  магнітна постійна (= Гн/м);

 магнітна проникність середовища,

n  число витків, що припадають на одиницю довжини соленоїда,

І  сила струму, що протікає по витках соленоїда.

Тоді

= - NS= - NS .

Оскільки соленоїд живиться змінним струмом із частотою 50 Гц (, де  амплітудне значення струму), то

та .

Максимальне (амплітудне) значення ЕРС, індукованої в котушці, визначається формулою

,

або

,

де  амплітудне значення напруги, що живить соленоїд.

R  опір витків соленоїда.

У даній лабораторній роботі матеріал котушки - дерево (= 1),  = 50 Гц. тоді розрахункова формула набуває вигляду:

. (1)

Необхідно пам'ятати, що всі електровимірювальні прилади градуюються за діючим чи ефективним значенням струму  , напруги та для гармонічних струмів існує зв'язок

=; =.

Порядок виконання роботи

1.Зібрати схему живлення соленоїда (рис. 1).

2.Подати на соленоїд живлення напругою = 24 В (або 21,5 В).

3.Виміряти напругу між клемами: 1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 3-4 першої котушки ( =44 мм) і записати їх у таблицю.

4.Зробити такі ж виміри для другої котушки (діаметр 33 мм) і записати в таблицю

Рисунок 1

Таблиця

U0=…B

12

13

14

23

24

34

N12=

N13=

N14=

N23=

N24=

N34=

d1=44 мм

d2=33 мм

5.Обчислити площі витків () у квадратних метрах. Опір соленоїда R=95 Ом; n = 3200 витків/метр.

6.Обчислити за формулою (1) і результати записати в таблицю.

7.Порівняти експериментальні та обчислені значення величин електрорушійних сил.

8.Зробити висновок.

Контрольні питання

1. У чому полягає явище електромагнітної індукції? Наведіть приклади.

2. Сформулюйте основний закон електромагнітної індукції.

3. Що таке магнітний потік? Сформулюйте теорему Остроградського-Гаусса для магнітного поля.

4. Від яких величин залежить індукція магнітного поля в точці, що лежить на осі соленоїда? Як спрямований вектор індукції магнітного поля?

5. Довести, що електричне поле, збуджене змінним магнітним полем, є вихровим.