Экспериментальная установка №1

Приборы и оборудование: звуковой генератор PQ; электронный осциллограф PO; модуль “взаимоиндукция” ФПЭ-05; вольтметр PV (прибор комбинированный Щ-4313).

Для изучения явления взаимной индукции предназначена кассета ФПЭ – 05 «Взаимоиндукция», в которой расположены две катушки (рис.11.3): длинная 1 (L₁) и короткая 2 (L₂). Короткая катушка 2 надета на длинную 1 и может перемещаться вдоль её оси с помощью штока со шкалой (Ш), показывающего взаимное расположение катушек.

Электрическая схема подключения показана на рис. 11.4. Модуль ФПЭ-05 подключается к звуковому генератору РQ синусоидального напряжения и осциллографу РО. От генератора осуществляется питание одной из катушек (первичной), напряжение с которого подаётся через резистор сопротивлением R=10 кОм.

Вольтметр PV, подключенный к панели РQ, измеряет действующее (эффективное) значение напряжения, подаваемого на первичную катушку.

Электронный осциллограф (РО) используется для измерения амплитуды ЭДС взаимной индукции, возникающей во вторичной катушке.

Для того, чтобы катушки поменялись ролями, необходимо оба переключателя П₁ и П₂ одновременно перебросить в противоположное положение.

Методика измерений

Напряжение, подаваемое через сопротивление R на первичную катушку (L₁), изменяется по гармоническому закону

. (11.8)

Вольтметр измеряет эффективное значение напряжения

. (11.9)

Величина R выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство

, (11.10)

где L₁ – индуктивность катушки 1, R₁ – ее активное сопротивление. В этом случае ток, протекающий через катушку 1, можно определить по формуле:

. (11.11)

Переменный ток, текущий в катушке 1, создает переменную ЭДС взаимной индукции в катушке 2:

. (11.12)

Для измерения используется осциллограф. Амплитуда ЭДС взаимной индукции

, (11.13)

где ν – частота звукового генератора. Из формулы (11.13) имеем:

. (11.14)

С учётом (11.9)

. (11.15)

Если поменять местами катушки 1 и 2, то можно аналогично измерить

. (11.16)

Порядок выполнения работы

Задание 1: Измерение коэффициентов взаимной индукции L₂₁ и L₁₂ и исследование их зависимости от взаимного расположения катушек.

1. Подать напряжение на установку.

2. Ознакомиться с работой электронного осциллографа и звукового генератора.

3. Задать напряжение U=2 В и частоту сигнала генератора ν=10 кГц, подать напряжение на катушку 1, а ЭДС катушки 2 подать на осциллограф (оба переключателя П₁ и П₂ в крайнее левое положение). Переключатель “V/дел” на передней панели осциллографа РО установить в положение 0.05 В/дел.

4. Установить подвижную катушку 1 в крайнее переднее положение. Перемещая её в противоположное крайнее положение через 10 мм, записывать значение координаты Z (расстояние между центрами катушек) и ЭДС взаимной индукции ε₀₂ в цепи катушки 2, измеренную по экрану осциллографа, в табл. 11.1.

5. По формуле (11.15) рассчитать значение L₂₁. Полученные данные занести в таблицу 11.1.

6. Поменяв местами катушки L₁ и L₂ (оба переключателя П₁ и П₂ в крайнее правое положение), повторить измерения по пунктам 3, 4 и рассчитать L₁₂ по (11.16).

7. Построить графики зависимости L₂₁ и L₁₂ как функции координаты Z (расстояния между центрами катушек 1 и 2).

Таблица 11.1

Uэфф=2 В, ν=10 кГц
Z, мм	02		L21, мГн	01		L12, мГн
	дел.	В		дел.	В
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

Задание 2: Измерение L₂₁ при различных значениях амплитуды питающего напряжения.

1. Выдвинуть шток до положения “50” (при этом катушка 1 находится в среднем положении относительно катушки 2).

2. Установить оба переключателя П₁ и П₂ в крайнее левое положение. Задать частоту звукового генератора PQ ν=20 кГц.

3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции ε₀₂ при различных значениях напряжения U в цепи катушки 1 (табл.11.2).

4. По формуле (11.15) рассчитать L₂₁. Полученные данные занести в таблицу 11.2.

5. Рассчитать среднее значение L_21ср.

Таблица 11.2

	ν=20 кГц
Uэфф, В	1.6	2.0	2.4	2.8	3.0
02, В
L21,мГн						L21 ср=………. мГн

Задание 3: Измерение L₂₁ при различных частотах питающего напряжения.

1. Установить шток в положение “50”.

2. Задать напряжение звукового генератора U_эфф=2.5 В.

3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции ε₀₂ при различных частотах звукового генератора в интервале (табл.11.3).

4. По формуле (11.15) рассчитать L₂₁.

5. Рассчитать среднее значение L_{21 среднее}. Все данные занести в табл. 11.3.

Таблица 11.3

	Uэфф=2.5 В
ν, кГц	10	15	20	25	30
02, В
L21, мГн						L21 ср.=………. мГн