Материал: МЭИ(ТУ) Физика

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ

Цель работы: Ознакомление с принципом работы измерительного генератора и изучение с его помощью магнитного поля.

Введение

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В. Величина В равна отношению максимальной силы, действующей на элемент тока Idl , к величине этого элемента

B=dFmax/ Idl . Вектор В можно определить экспериментально с помощью явления электромагнитной индукции. Если в исследуемое постоянное магнитное поле поместить маленькую катушку, состоящую из N витков проволоки, то при вращении катушки в ней индуцируется переменная ЭДС,

мгновенная величина которой определяется законом Фарадея

e = −N

dΦ

(1)

Магнитный поток Ф, пронизывающий площадь S каждого витка,

равен

Φ = BS = BS cosα .

Размер витка выбирают таким, чтобы в его пределах магнитное поле можно было считать однородным; α – угол между нормалью к поверхности витка и вектором В . Угол α поворота катушки за время t при равномерном вращении связан с угловой скоростью ω (или периодом вращения Т) соотношением

α = ωt = 2Tπ t .

Следовательно,

Φ = BS cos 2Tπ t .

Отсюда, на основании (1)
e = NBS	2π	sin	2π	t = emax sin	2π	t	(2)

	T		T		T

Выражение emax=2πNBS/T является амплитудой, наведенной в катушке ЭДС. График зависимости ЭДС индукции от t приведен на рис. 1. Если замкнуть концы вращающейся катушки, то в образованной таким образом цепи появится индукционный ток, изменяющийся по закону:

I =	e	= emax sin	2π	t = Imax sin	2π	t ,	(3)
	R
		R	T		T

где R – сопротивление цепи катушки.

emax

Рис. 1

Следовательно, при постоянной скорости вращения катушки в ее цепи индуцируется ток I, амплитудное значение которого пропорционально модулю вектора В.

Imax = emax =	2π	NBS .	(4)

R	T R

Из формулы (4) получим следующее выражение для магнитной индукции

B =	ImaxTR	.	(5)

	2πNS

1.Описание установки и метода измерений

Вработе исследуется магнитное поле, созданное двумя короткими

катушками L1 и L2, последовательно соединенными между собой (рис. 2).

Плоскости витков обеих катушек расположены вертикально параллельно друг другу. По катушкам L1 и L2 протекает ток i, источником которого служит блок питания (БП). Измерение тока i производят с помощью амперметра A. Измерительный генератор, применяемый в работе, состоит из маленькой катушки К (рис. 2), насаженной на удлиненную ось мотора. Мотор (М) приводится во вращение переменным током частотой ν = 50 Гц. Такое же число оборотов имеет и вращающаяся катушка К.

	O1
		L1
A	O	К
	O

М Тр

L2	мкА

БП

Рис.2

С целью выпрямления индуцированной ЭДС (см. рис. 1) концы катушки подводят к коллектору, который представляет собой два изолированных друг от друга полуцилиндра, вращающихся вместе с катушкой. Плоскость разреза полуцилиндров перпендикулярна плоскости витков (рис. 2). Оба полуцилиндра непрерывно касаются двух неподвижно закрепленных контактов (щеток). В моменты, когда ЭДС близка к нулю

(α=π, 2π, Зπ и т. д.), т.е. когда вектор В перпендикулярен плоскости витков катушки (К), щетки переходят с одного полуцилиндра на другой и тем самым переключают полярность сигнала. Ток в цепи катушки (К) становится постоянным по направлению, оставаясь переменным по величине (рис. 3). Возникающие в измерительном генераторе токи малы и могут быть измерены чувствительным микроамперметром (мкА) магнитоэлектрической системы (см. рис. 2, б). Этот прибор вследствие инерции его подвижной системы не может регистрировать мгновенное значение тока, а показывает

некоторое среднее его значение I0. Величину I0 можно связать с величиной Imax, пользуясь соотношением

T 2

2π

I0 =

Imax sin

T t

Imax

(6)

T 2

Из формул (5) и (6) получим

B =

I0RT

I0R

4NS

4NSν

Imax

T/2

Рис.3

где ν = 1 = 50 Гц – частота переменного тока в катушке (К).
T
Так как сопротивление R цепи измерительного генератора
складывается из сопротивлений микроамперметра RА и катушки RК, то
окончательная формула для расчета В будет иметь вид
B = I0 (RА + RК ).	(7)
4NSν

Для изучения зависимости В от расстояния d внутри катушек L1 и L2 закреплены две горизонтальные линейки с миллиметровой, шкалой. Начала отсчета О обеих линеек совпадают. Линейка ОО1 расположена вдоль оси катушек L1, и L2, линейка ОО2 перпендикулярна оси катушек (см. рис 2) Перемещая измерительный генератор, который состоит из маленькой катушки (К), насаженной на удлиненную ось мотора (М), вдоль этих линеек измеряют I0 для каждого его положения d, где d – расстояние от начала отсчета O до риски на оси мотора (М). На основании измерений строят графики зависимости В от d.

2.Порядок выполнения работы

1.Собирают цепь катушек L1, L2 и цепь измерительного генератора согласно рис. 2.

2.Включают ток i в цепи катушек L1, L2 и в дальнейшем поддерживают его постоянным. Регулировку тока производят ручкой на панели блока питания. Значение тока i указано на установке.

3.Помещают измерительный генератор так, чтобы риска, отмеченная на ней, оказалась в начале отсчета О линеек. Нажатием кнопки включают мотор и измеряют по микроамперметру I0 при d = 0.

4.Передвигая измерительный генератор вдоль оси ОО1 измеряют

показания микроамперметра I0 для разных d. Измерения производят через каждый сантиметр. При всех измерениях вдоль оси OО1 (OО2) измерительный генератор следует располагать так, чтобы вектор В

был перпендикулярен оси вращения катушки измерительного генератора.

5.Повторяют те же измерения, перемещая измерительный генератор

вдоль оси ОО2. Поскольку вдоль этой оси магнитное поле изменяет направление, то необходимо изменить направление тока через микроамперметр. Для этой цели на его панели установлен переключатель.

3.Обработка результатов измерений

Данные установки n = . . ., RА= . . ., RК= . . .

N = . . . ; S = . . . .

				Таблица 1
d, см	вдоль ОО1		вдоль ОО2

	I0, мкА	В, Тл	I0, мкА	В, Тл

1.Рассчитывают В в различных точках осей ОО1 и ОО2 для каждого d по формуле (7).

2.Строят графики B=f(d) для обеих осей.

3.Для случая d = 0 находят по обычным правилам погрешность DВ:

	æ		ö	2		2
	æ		ö			DRА
DB = B	ç DI0		÷		+	DRА
DB = B	ç	I0	÷		+	(RА
	è	I0	ø			(RА

+ DR	2	æ DN ö2			æ DS ö2			æ Dν ö2
К		+ ç	N	÷	+ ç	S	÷	+ ç	÷
+ R )2		è	N	ø	è	S	ø	è	ν ø
К

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/285662

Смотрите также: