Порядок виконання роботи:

1. Зберіть електричне коло за схемою (рис.2). При цьому тангенс-гальванометр встановлюйте якомога далі від інших приладів та феромагнітних матеріалів, щоб уникнути їх впливу на магнітну стрілку.

2. Повертаючи тангенс-гальванометр, встановіть площину котушки в площині магнітного меридіану. Повертаючи шкалу компасу сумістіть її нульову поділку з північним кінцем полюсу стрілки.

3. Встановіть повзунок потенціометра в положення, що відповідає мінімальній напрузі, яка знімається з нього. Переміщуючи повзунок потенціометра в бік збільшення напруги, підберіть такий струм у котушці, щоб відхилення магнітної стрілки було не менше 10-20˚. Коли стрілка компасу прийде в рівновагу, відлікуйте по шкалі кут відхилення стрілки α₁ і запишіть силу струму I.

4. Зберігаючи силу струму I, змініть перемикачем його напрямок на протилежний і виміряйте величину відхилення стрілки в протилежний бік (α₂). За кутами α₁ і α₂ знайдіть середнє значення кута відхилення α.

5 Змініть положення повзунка на потенціометрі в бік збільшення напруги і виміряйте відхилення стрілки при двох збільшених значеннях струму у котушці.

6. Виміряйте міліметровою лінійкою середній радіус витків котушки r.

7. Підставляючи послідовно середні значення α і I в формулу (3), знайдіть три значення Н.

Результати вимірювань і розрахунків подайте в табл.1 і знайдіть похибки вимірювань.

У звіті наведіть зразок розрахунків.

Таблиця 1.

№	I	α1	α2	tg α	Hi	ΔHi	ΔHi2
Середні значення

Дайте відповіді на запитання :

1. Які властивості магнітного поля Землі?

2. Які Вам відомі гіпотези про походження магнітного поля Землі?

3. Чому магнітна стрілка тангенс-гальванометра має малі розміри?

4. Чому вимірювання найліпше проводити при кутах відхилення, близьких до 45˚ ?

Лабораторна робота № 33.

Вивчення роботи трансформатора.

Прилади та приладдя: досліджуваний трансформатор, амперметри до 1 А та до 5 А, вольтметри до 250 В та до 15 В, реостат, вимикач.

Мета роботи: засвоїти метод визначення коефіцієнта трансформації в залежності від навантаження трансформатора.

Коротка теорія та методика вимірювань

Трансформатор являє собою залізне чи феритове осердя, на якому намотані дві обмотки з різним числом витків N₁ і N₂. Якщо на одну з них - первинну – подати змінну напругу:

U₁ = U₀₁ cos ωt, (1)

то в ній потече змінний струм, в осерді виникне магнітне поле, що створює змінний магнітний потік Ф. Згідно з законом Фарадея у другій - вторинній - обмотці з’являється ЕРС взаємоіндукції, на виході вторинної обмотки виникає напруга U₂, що змінюється з тою ж частотою, але в протилежній фазі до прикладеної

U₂ = U₀₁ cos ( ωt - π ). (2)

Вторинна обмотка може бути застосована як джерело змінного струму з напругою, що відрізняється від поданої на первинну обмотку. Отже, трансформатор є перетворювачем напруги. Теорія трансформатора надто громіздка, але основні кількісні співвідношення можна одержати на простій основі.

Нехай на первинну обмотку подана змінна напруга U₁, а вторинна обмотка розімкнута. Впливом вторинної обмотки на первинну в цьому випадку ми можемо знехтувати. Якщо знехтувати також тепловими втратами енергії в первинній обмотці, то за другим законом Кірхгофа в первинній обмотці сума напруг дорівнювати нулю, тобто виникаюча в ній ЕРС дорівнює за модулем і протилежна за фазою підведеній напрузі. З урахуванням закону Фарадея ЕРС індукції для первинної обмотки запишеться у вигляді

U₁ = - N₁ dФ / dt, (3) де Ф – магнітний потік у магнітопроводі, який пропорційний струмові I₁ первинній обмотці. Цей же магнітний потік пронизує витки вторинної обмотки. Отже, там виникає ЕРС індукції, яка при розімкненій вторинній обмотці дорівнює напрузі на її клемах

U₂ = - N₂ dФ / dt. (4)

Поділівши рівність (3) на (4), визначимо коефіцієнт трансформації як відношення напруги на первинній обмотці до напруги на вторинній обмотці:

k = U₁ / U₂ = N₁ / N₂, (5)

тобто він пропорційний відношенню чисел витків в обмотках.

Трансформатори можуть діяти як понижувальні (U₂<U₁), так і як підвищувальні (U₂ >U₁) напругу. В понижувальному трансформаторі первинною обмоткою є обмотка з більшим числом витків, а вторинна обмотка має менше число витків.

Якщо первинна обмотка вмикається до промислової мережі, то при навантаженій вторинній обмотці напруга на первинній обмотці залишається незмінною, тоді як напруга на вторинній обмотці буде змінюватися в залежності від величини навантаження. При збільшенні струму через вторинну обмотку величина навантаження зростає, а напруга, вимірювана на її виході, буде зменшуватись у зв'язку з ростом падіння напруги на внутрішньому опорі обмотки. Отже, в співвідношенні (5) величина U₁ залишається незмінною, тоді як U₂ зменшується. В зв’язку з цим коефіцієнт трансформації, що визначається відношенням U₁/U₂, буде зростати зі збільшенням навантаження трансформатора.

В даній роботі вивчається знижувальний трансформатор з коефіцієнтом трансформації близько 40. Індуктивність вторинної обмотки невелика, зсувом фаз між струмом і напругою в ній можна знехтувати. У зв’язку з цим потужність, споживану вторинним колом, можна подати як

P₂ = U₂ I₂, (6)

де I₂ - сила струму у вторинній обмотці; U₂ - напруга на її виході. Змінюючи величину навантаження P, можна прослідкувати за зміною коефіцієнта трансформації k.