Лабораторные работы по физике Лекции и конспекты по физике Навес к дому - 10 способов сделать своими руками на atlant-naves.ru.
Лекции по термодинамике Электростатика Механика, термодинамика Кинематика, гидродинамика

Лабораторные работы по физике

Лабораторная работа № 4-2

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ ПО ЕЁ РЕАКТИВНОМУ И АКТИВНОМУ СОПРОТИВЛЕНИЯМ

Цель работы: ознакомиться с явлением самоиндукции, изучить один из методов определения индуктивности катушки.

Оборудование: исследуемая катушка, ферромагнитный сердечник, вольтметр, амперметр, реостат, трансформатор, мост переменного тока Р-577, мост постоянного тока P-333.

Введение

В трёхтомном труде Майкла Фарадея (1791 – 1867) "Эксперименталь­ные исследования по электричеству" содержится глава об индуктивном влиянии электрического тока на самого себя и об индуктивном действии электрических токов вообще. В этой главе Фарадей описал явление самоиндукции, которое заключается в том, что если в проводящем контуре изменяется сила тока, то в нём возникает ЭДС самоиндукции , пропорциональная скорости изменения тока:

.

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью проводящего контура.

Явление электромагнитной индукции было независимо открыто также американским физиком Джозефом Генри (1797 – 1878). Современная физика увековечила научный вклад Генри, присвоив единице индуктивности L название "генри" (Гн). 1Гн=1(В×с)/А.

Индуктивность проводящего контура зависит от его формы и размеров, а также от магнитной проницаемости µ окружающей среды.

В качестве проводящего контура, индуктивность которого будем определять, используем катушку (соленоид). Соленоиды широко используются в технических устройствах и в лабораторной практике, так как с их помощью легко создавать однородное магнитное поле известной напряжённости  или магнитной индукции . Эти характеристики поля связаны соотношением . Катушки индуктивности также применяются для накопления энергии.

Индуктивность L длинного соленоида вычисляется по формуле

,

где µ – магнитная проницаемость вещества внутри соленоида;  – магнитная постоянная; N – число витков соленоида; l – его длина; S – площадь поперечного сечения;  – число витков на единицу длины; V – объём соленоида.

Для экспериментального определения индуктивности катушки пользуются законом Ома для переменного тока , где  и  – эффективные значения силы тока и напряжения на участке цепи, показываемые приборами, предназначенными для переменного тока;  – общее сопротивление участка цепи переменному току.

Общее сопротивление участка цепи с последовательным соединением ,  и  по переменному току

,

где ω – циклическая частота переменного тока;  – электроёмкость;  – индуктивность;  – омическое (активное) сопротивление участка цепи. Если в исследуемой электрической цепи содержатся ,  и нет электроемкости , то общее сопротивление такой цепи вычисляется по формуле

.

Из данной формулы индуктивность катушки

 ,

где ;  Гц.

Описание установки

Экспериментальная установка собирается по схеме (рис. 1). Реостат подключается к источнику тока по схеме потенциометра, чем обеспечивается регулирование напряжения на исследуемой катушке индуктивности . При подключении индуктивности  к источнику постоянного тока, а это необходимо для определения активного сопротивления катушки, в измерительной части схемы используется вольтметр с малым предельным значением измеряемого напряжения. Мост постоянного тока Р-333 предназначен для прямого измерения сопротивления катушки , а мост переменного тока Р-577 – для прямого измерения сопротивления  катушки или её индуктивности  (без сердечника). Общий вид установки показан на рис. 2.

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь экспериментальной установки по схеме рис. 2.

2. Присоединить электрическую цепь к выходным клеммам разделительного трансформатора ТР. После проверки схемы преподавателем разделительный трансформатор включают в сеть , .

3. Меняя положение движка реостата, наблюдать изменение силы тока   и напряжения , а затем измерить ряд значений силы тока и соответствующие им значения напряжения. Результаты эксперимента внести в таблицу измерений  и .

 Ввести в катушку индуктивности ферромагнитный сердечник. Измерить ряд значений силы тока  и соответствующие им значения напряжения . Результаты измерений занести в таблицу.

 Выключить трансформатор. Отсоединить электрическую схему от трансформатора и подключить её к клеммам источника постоянного тока. Заменить вольтметр на другой с малым пределом измерения .

 Включить источник постоянного тока. Измерить ряд значений силы тока   и напряжений . Результаты измерений занести в таблицу.

 Используя закон Ома, вычислить полное Z и активное  сопротивления катушки.

 Вычислить индуктивность катушки с сердечником и без сердечника. Оценить погрешность измерений.

Контрольные вопросы

1. В чём состоит явление самоиндукции? Как вычисляется ЭДС самоиндукции?

2. Как вычисляется индуктивность длинного соленоида?

3. Что такое полное сопротивление проводящего контура и от каких параметров оно зависит?

Список рекомендуемой литературы

Савельев И.В. Курс общей физики: В. 3 т. Т. 2. – М.: Наука, 1988. §64, 92.

Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. § 93. – 220 с.

Закон смещения (первый закон) Вина

Длина волны λmax, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре

 (1.10)

где b=2,9∙10-3м∙к – постоянная Вина.

Таким образом, при повышении температуры растет не только полное излучение, но и изменяется распределение энергии по спектру. При малых температурах тела излучают главным образом инфракрасные лучи, а по мере повышения температуры излучение делается красноватым, оранжевым и, наконец, белым.

Второй закон Вина

Максимальная испускательная способность абсолютно черного тела возрастает пропорционально пятой степени абсолютной температуры:

 (1.11)

где с=1,29∙10-5 -постоянная величина.


Физика выполнение лабораторных работ. Лекции и конспекты