физика - лабораторные / 2 / Л_Р_242
.DOC
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 |
12 |
13 |
14 |
23 |
24 |
34 |
||||||
N12= |
N13= |
N14= |
N23= |
N24= |
N34= |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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
-
У чому полягає явище електромагнітної індукції? Наведіть приклади.
-
Сформулюйте основний закон електромагнітної індукції.
-
Що таке магнітний потік? Сформулюйте теорему Остроградського-Гаусса для магнітного поля.
-
Від яких величин залежить індукція магнітного поля в точці, що лежить на осі соленоїда? Як спрямований вектор індукції магнітного поля?
-
Довести, що електричне поле, збуджене змінним магнітним полем, є вихровим.