- •Оглавление
- •Введение
- •Условные обозначения в электрических схемах
- •Инструкция № 40
- •Общие положения
- •Правила поведения и обязанности студентов при выполнении лабораторных работ в учебных лабораториях кафедры
- •Подготовка к лабораторной работе
- •Порядок допуска к выполнению лабораторной работы
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Форма представления результата
- •Форма представления результата
- •Построение графиков
- •Пример построения графика
- •График зависимости длины стержня от растягивающей нагрузки
- •1. Электростатическое поле
- •1.1. Напряженность электрического поля
- •1.2. Потенциал
- •1.3. Связь между напряженностью и потенциалом
- •1.4. Линии напряженности и поверхности равного потенциала
- •1.5. Проводники в электростатическом поле
- •1.6. Электроемкость
- •1.7. Диэлектрики в электростатическом поле
- •Лабораторная работа №1 изучение электростатического поля
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •1. Дно ванны заполните водой.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 изучение электроемкости конденсаторов
- •Методика и техника эксперимента
- •Задание 1. Определение баллистической постоянной
- •Задание 2. Определение емкостей исследуемых конденсаторов
- •Задание 4. Измерение емкости последовательно соединенных конденсаторов
- •Контрольные вопросы
- •II. Постоянный электрический ток
- •2.1. Электрический ток, его характеристики и условия существования
- •2.2. Закон Ома в дифференциальной форме с точки зрения классической теории проводимости металлов (ктпм)
- •2.3. Обобщенный закон Ома
- •2.4. Закон Джоуля-Ленца
- •2.5. Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа
- •Лабораторная работа №3 исследование цепи постоянного тока
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 экспериментальное изучение правил кирхгофа
- •Методика и техника эксперимента
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Вариант 1
- •I. Определение сопротивления r1
- •II. Определение сопротивления r2.
- •IV. Определение общего сопротивления при параллельном соединении сопротивлений r1 и r2
- •Вариант 2
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Измерения и вычисления для схемы 1
- •Измерения и вычисления для схемы 2
- •Справочные данные и параметры установки
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 изучение температурной зависимости сопротивления проводников
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •III. Электрический ток в вакууме
- •Лабораторная работа №9. Определение работы выхода электрона из металла
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №10. Изучение работы трехэлектродной лампы
- •Методика и техника эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •IV. Постоянное магнитное поле
- •4.1. Магнитное поле и его характеристики. Закон Ампера.
- •(Нерелятивистский случай)
- •4 .3. Закон Био-Савара-Лапласа
- •4.4. Индукция магнитного поля соленоида
- •4.5. Магнитный поток
- •4.6. Действие магнитного поля на заряды
- •4.7. Электромагнитная индукция
- •V. Магнитное поле в веществе
- •5.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •5.3. Намагниченность
- •5.4. Магнитное поле в веществе
- •5.5. Ферромагнетики
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13. Определение удельного заряда электрона
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14. Изучение явления взаимной индукции
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15. Определение индуктивности катушки с помощью моста максвелла
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 16. Изучение работы трансформатора переменного тока
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 17. Изучение гистерезиса ферромагнитных материалов
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •VI. Электромагнитные колебания
- •6.1. Колебательный контур
- •6.2. Затухающие колебания
- •6.3. Вынужденные колебания
- •6.4. Резонанс
- •Лабораторная работа № 18. Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 19. Изучение вынужденных колебаний в колебательном контуре
- •Методика и техника эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 20. Измерение мощности переменного тока и сдвиг фаз между током и напряжением
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 21. Выпрямление переменного тока с помощью мостовой схемы
- •Методика эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Приложение Основные физические постоянные (округленные значения)
- •Работа выхода электронов
- •Греческий алфавит
- •Множители и приставки
- •Электричество и магнетизм
- •664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Контрольные вопросы
В чём заключается явление электромагнитной индукции?
Закон Фарадея и правило Ленца для электромагнитной индукции?
Какое явление называется взаимной индукцией?
От чего зависит величина ЭДС взаимоиндукции?
Что называется взаимной индуктивностью контуров?
От чего зависит коэффициент взаимной индукции?
Как проявляется закон сохранения энергии явлении электромагнитной индукции?
Что такое трансформатор и каков принцип его работы?
Объясните график зависимости L21 = f (r), полученный в данной работе?
Лабораторная работа № 15. Определение индуктивности катушки с помощью моста максвелла
Цель работы: ознакомиться с методом измерения индуктивности с помощью мостовой схемы и измерить индуктивность тороида.
Приборы и принадлежности: гальванометр, реостат, понижающий трансформатор, эталонная катушка индуктивности, исследуемые катушки индуктивности.
Методика и техника эксперимента
Электрический ток, проходящий по любому контуру, создает магнитный поток Ф, пронизывающий этот контур. В соответствии с законом Био-Савара-Лапласа магнитная индукция В пропорциональна силе тока, вызвавшего поле. Следовательно, и магнитный поток через контур пропорционален силе тока в нем :
Ф = L·I. (5.17)
Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью данного контура, которая зависит то геометрии контура (т.е. от его формы и размеров), а также от магнитных свойств окружающей контур среды. Для длинного соленоида или тороида индуктивность может быть рассчитана по формуле:
L = µ0 ·µ·n2 ·V, (5.18)
где n – число витков на единицу длины ; V – объем соленоида или тороида; µ– магнитная проницаемость материала сердечника; µ0 – магнитная постоянная.
Если сердечник изготовлен из ферромагнитного материала (железо, никель, кобальт и сплавы, содержащие эти элементы), для которого магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля, то индуктивность такого соленоида или тороида не постоянна. Она зависит от силы тока, проходящего по данной катушке.
Единицей измерения индуктивности в системе СИ является генри (Гн). (1 Гн – индуктивность такого контура, у которого при силе тока в нем 1 А возникает сцепленный с ним магнитный поток в 1 Вебер (Вб)).
Если по катушке индуктивности проходит изменяющийся со временем ток, то в нем возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая изменению тока.
εс = – L ,
Катушка индуктивности, включенная в цепь переменного тока, оказывает сопротивление прохождению тока. Величина индуктивного сопротивления пропорциональна частоте переменного тока и индуктивности катушки:
ХL = ω·L. (5.19)
Р ассмотрим цепь, содержащую активное сопротивление и катушку индуктивности L, подключенные к источнику переменного тока:
Пусть сила тока в цепи меняется по закону
I = Im·sinωt. (5.20)
Падение напряжения на активном сопротивлении U = I·R по фазе совпадает с колебаниями тока в цепи. Падение напряжения на индуктивности будет равно ЭДС самоиндукции с обратным знаком:
UL = – εс = L = Lω Im·cosωt = Lω Im·sin (ωt + ). (5.21)
Сравнивая выражения (5.20) и (5.21), мы видим, что колебания напряжения на катушке индуктивности опережают по фазе колебания тока на . Векторная диаграмма напряжений для рассматриваемого случая представлена ниже:
Из этой диаграммы видно, что активное и индуктивное сопротивления цепи складываются геометрически. Полное сопротивление цепи:
Z = . (5.22)
Индуктивность катушки можно измерить при помощи различных мостовых схем. В этой работе применяется мост Максвелла, принципиальная схема которого изображена ниже:
В плечо моста АС включена эталонная катушка индуктивности с известными значениями R и L, указанными на катушке. Плечо СВ содержит катушку, сопротивление которой известно (его значение Rx указанно на панели работы), а индуктивность Lx измеряется в данной работе. Два других плеча АD и DВ представлены реостатом. Их сопротивления r1 и r2 могут изменяться при перемещении движка реостата D.
В одну диагональ моста включается источник переменного напряжения (напряжение городской сети с помощью трансформатора понижается до 12 В). В другую диагональ включается гальванометр. Мост находится в равновесии, если ток через гальванометр не проходит.
Для вывода условий равновесия моста применим второй закон Кирхгофа к контурам АВMNA и АСВMNA:
I1r1 – I2r2 = 0, (5.23)
I1· – I2· = 0. (5.24)
Из уравнений (5.23) и (5.24) следует:
. (5.25)
Поскольку реостат изготовлен из однородной проволоки, равномерно навитой на цилиндрический сердечник, то
, (5.26)
где l1 и l2 – расстояния от движка реостата D до его концов. Тогда равенство (5.25) перепишется так:
. (5.27)
Отсюда:
Lх = . (5.28)
Эта формула используется в данной работе для определения индуктивности катушки. ω – циклическая частота переменного тока, она связанна с частотой соотношением ω = 2πν. В данной работе мы используем переменный ток частотой 50 Гц, следовательно, ω =314 с-1.
Порядок выполнения работы
Включить установку.
2. Переместить движок реостата в крайнее правое положение. При помощи регулятора Р установить максимальную чувствительность гальванометра (стрелка гальванометра не должна выходить за пределы шкалы).
3. Включить первую исследуемую катушку L1, поставив переключатель П в положение 1.
Перемещая движок реостата, добиться равновесия моста Максвелла. В момент равновесия ток через гальванометр должен прекратиться (стрелка гальванометра находится на нуле).
При помощи шкалы, находящейся на реостате, измерить длину плечей l1 и l2 реостата в момент равновесия.
6. Измерения повторить 3 раза и результаты измерений записать в таблицу 5.8.
7. Включить вторую исследуемую катушку L2, поставив переключатель П в положение 2.
8. Повторить опыт и снова определить значения l1 и l2 в момент равновесия моста.
9. Измерения повторить 3 раза и результаты измерений записать в таблицу 5.8.
Т а б л и ц а 5.8
|
№ |
l1, м |
l1ср., м |
l2, м |
l2ср., м |
Rx, Ом |
Lx, Гн |
Катушка L1 |
1 |
|
|
|
|
275 |
|
2 |
|||||||
3 |
|||||||
Катушка L2 |
1 |
|
|
|
|
300 |
|
2 |
|||||||
3 |
L = 1 Гн R = 126 Ом ω = 314 c-1
10. По формуле 5.28 рассчитать индуктивности катушек Lх1 и Lх2.
11. Определить погрешность измерения по формуле:
ΔLх =
12. Сделать вывод о проделанной работе и записать конечный результат в виде:
Lx = (Lxср. ± ΔLx) Гн