Экспериментальная установка №2

Приборы и оборудование: секционный соленоид (4 секции), измерительная катушка, линейка, блок питания, реостат, амперметр, цифровой милливольтметр, панель переключения.

Основной частью установки является соленоид, состоящий из 4 секций (С1÷С4), каждую из которых можно подключать отдельно или в любом сочетании с помощью контактов К1÷К5 на панели переключений к источнику переменного напряжения Т (трансформатору) через ограничительное сопротивление (реостат) R (рис.11.5). Число витков секций равно соответственно:

N₁=93, N₂=39, N₃=87, N₄=30.

Внешний диаметр соленоидаD=82 мм. Короткая катушка диаметром d₀=66 мм имеет две обмотки из N₀=20 и N₀=60 витков соответственно. Переключением контактов A, Б, В, Г на панели эти обмотки можно включать последовательно так, что магнитные потоки, создаваемые в них, либо складываются (N₀=80), либо вычитаются (N₀=40). Амперметр А служит для измерения силы тока I₁ в первичной обмотке соленоида. ЭДС индукции, возникающую в измерительной катушке, показывает цифровой милливольтметр mV.

Методика измерений

По обмотке первой катушки (длинного соленоида) течёт переменный ток частотой ν=50 Гц и амплитудой I₀:

(11.17)

Вторая катушка (короткая) помещается внутри соленоида соосно с ним. ЭДС индукции, возникающую в короткой катушке, найдём по закону Фарадея из (11.5):

,

причём амплитудное значение ЭДС индукции равно:

. (11.18)

Приборы измеряют эффективные значения напряжения и тока:

; ,

поэтому из (11.18) получим:

, (11.19)

. (11.20)

Задание 1: Измерение коэффициента взаимной индукции L₂₁ и исследование его зависимости от взаимного расположения катушек.

1. Установите на блоке питания напряжение 24 В.

2. Подключите вторую секцию соленоида (С2). Для этого на панели переключения вставьте штекеры в гнёзда «2» и «3».

3. На катушке 2 подключите N₀=60 витков. Для этого вставьте штекеры в гнёзда «В» и «Г».

4. Включите установку в сеть.

5. Запишите силу тока соленоида I₁.

6. Установите линейку Л в положение «7 см» (линейка почти полностью выведена из соленоида).

7. Запишите показания милливольтметра в табл. 11.4.

8. Сдвигая линейку с измерительной катушкой по оси соленоида через 2 см, каждый раз записывайте показания милливольтметра.

9. Выключите установку.

10. Подключите третью секцию соленоида (С3). Для этого на панели переключения вставьте штекеры в гнёзда «3» и «4».

11. Повторите измерения по п.5÷9.

12. Рассчитайте по формуле (11.20), занесите все результаты в табл.11.4.

. (11.20)

13. Постройте графики зависимости как функции координаты: для обеих секций соленоида. Сделайте выводы.

Таблица 11.4

N0=60 (гнёзда «В» и «Г»)
Подключены секции	С2		С3
Положение штекеров в гнёздах	2, 3		3, 4
Сила тока I1, А
z, см	, мВ	, мГн	, мВ	, мГн
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33

Задание 2. Измерение зависимости коэффициента взаимной индукции от числа витков соленоида (катушка 1)

1. Установите короткую катушку на середину соленоида (z=19 см).

2. Подключите у соленоида первую секцию (С1, гнёзда 1 и 2, число витков N₁=93).

3. На катушке 2 подключите N₀=60 витков. Для этого вставьте штекеры в гнёзда «В» и «Г».

4. Включите установку.

5. Запишите в табл.11.5 силу тока I₁ и показания милливольтметра .

6. Подключите две секции соленоида: С1 и С2 (гнёзда 1 и 3). Запишите общее число витков N₁+N₂.

7. Повторите измерения по п.5.

8. Повторите измерения для включенных вместе трёх секций, а затем всех четырёх секций соленоида (см. табл.11.5). Выключите установку.

9. Вычислите по формуле (11.20), занесите все результаты в табл.11.5.

10. Сделайте выводы.

Таблица 11.5

z=19 см; N0=60 (гнёзда «В» и «Г»)
Подключены секции	С1		С1 и С2		С1, С2 и С3		С1, С2, С3 и С4
Положение штекеров в гнёздах	1, 2		1, 3		1, 4		1, 5
Сила тока I1, А
Число витков N	N1=93		N1+N2=….		N1+N2+N3=…		N1+N2+N3+N3=…
	, мВ	, мГн	, мВ	, мГн	, мВ	, мГн	, мВ	, мГн

Задание 3. Измерение зависимости коэффициента взаимной индукции от числа витков короткой катушки (катушка 2)

1. Установите короткую катушку на середину соленоида (z=19 см).

2. Подключите у соленоида все 4 секции (гнёзда 1 и 5, общее число витков N=N₁+N₂+N₃+N₃=…).

3. На катушке 2 подключите N₀=20 витков. Для этого вставьте штекеры в гнёзда «А» и «Б».

4. Включите установку.

5. Запишите в табл.11.6 силу тока I₁ и показания милливольтметра .

Таблица 11.6

Подключены все секции соленоида (гнёзда 1 и 5); число витков N=….; длина соленоида l= ….м; z=19 см; сила тока I1=…..А	Положение штекеров в гнёздах	N0	, мВ	, мГн	, мГн
				экспериментальное	теоретическое
	А, Б (перемычки нет)	20
	А, Г (В и Б соединить перемычкой)	40
	В, Г (перемычки нет)	60
	Б, Г (А и В соединить перемычкой)	80

6. Повторите измерения для N₀=40, 60 и 80 витков. Соответствующие положения штекеров указаны в табл.11.6. Выключите установку.

7. Измерьте длину соленоида l.

8. Вычислите экспериментальные значения по формуле (11.20), занесите все результаты в табл.11.6.

9. Вычислите теоретические значения по формуле (11.7), сравните с экспериментальными.

. (11.7)

6. Все данные запишите в таблицу 11.6.

7. Сделайте выводы.