Материал: МУ к ЛБ электромагнетизм - ФИЗИКА

Величина k називається коефіцієнтом трансформації напруги. Вона визначає, у скільки разів ЕРС у вторинній обмотці трансформатора є більшою або меншою, ніж у первинної.

13.3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з трансформатора напруги, двох амперметрів змінного струму, регульованого джерела змінної напруги (0–5В), цифрового вольтметра В7–21А або мультиметра ВР–11, з'єднувальних провідників.

Схема установки наведена на рис.13.3. На схемі зображено: TV – трансформатор, з обмотками 1 та 2; амперметри A1 та A2 ; RH – опір наван-

таження; V – вольтметр для вимірювання ефективних (діючих) напруг первинної та вторинної обмоток трансформатора.

Для зміни величини діючої напруги на обмотці I у межах від 0 до 5В використовується регульоване джерело змінної напруги ~ U , вихідні клеми якого виведені на передню панель експериментальної установки.

13.4 Порядок виконання роботи і методичні вказівки з її виконання

1. Дослідити режим холостого ходу трансформатора (рис. 13.3). Для цього, змінюючи напругу ~ U через кожен 1,0В, вимірювати за допомогою цифрового вольтметра напруги на котушці 1 (клеми 1, 2) та котушці 2 (клеми 3, 4) трансформатора. Дані записати до таблиці 13.1.

2. Використовуючи співвідношення (13.8), визначити кількість витків N2 вторинної обмотки ( N1 =50). За формулою (13.6) обчислити коефіцієнт взаємоіндукції L21 для режиму холостого ходу. Результати записати до таб-

66

лиці 13.1. Дані осердя трансформатора вказані на робочому місці, а

μD = μ = 500, μ0 = 4π 10−7 Гнм.

Таблиця 13.1 – Результати вимірювань та розрахунків для режиму холостого ходу трансформатора

3. Дослідити режим роботи трансформатора при номінальному навантаженні. Для цього приєднати опір навантаження до котушки 2 трансформатора (з’єднати провідниками відповідні клеми). Змінюючи вхідну напругу U1 через кожен 1,0 В, вимірювати силу струму i1 у колі первинної обмот-

ки та i2 – у колі вторинної обмотки, а також напругу U 2 на опорі RH Дані досліду записати до таблиці 13.2.

4.Для кожної вхідної напруги визначити за формулами (13.13), (13.14), враховуючи співвідношення (13.19) та результати експерименту, коефіцієнти взаємоіндукції L21 і L12 . Результати записати до таблиці 13.2.

5.Для всіх значень вхідної напруги за даними завдання 2 знайти ККД трансформатора, використовуючи співвідношення (13.15). Результати занести до таблиці 13.2. Зробити перевірку результатів за формулою (13.17).

6.За формулою (13.18), обчислити коефіцієнти трансформації для усіх значень вхідних напруг U1. Знайти середнє значення коефіцієнта трансформа-

ції k . Результати занести до таблиці 13.2. Визначити максимальні відносні та абсолютні похибки коефіцієнтів взаємоіндукції та трансформації.

67

13.5 Зміст звіту

Звіт має містити: мету роботи, схему лабораторної установки, результати вимірів у вигляді таблиць, результати розрахунків кількості витків N2 , коефі-

цієнт взаємоіндукції L21 для режиму холостого ходу, коефіцієнти взаємоіндукції L21 і L12 при навантаженні, ККД трансформатора, коефіцієнт трансформації k , статистичну обробку результатів вимірювань, стислі висновки.

13.6 Контрольні запитання

1.У чому полягає явище взаємної індукції? Написати вираз для ЕРС взаємоіндукції.

2.Що називають взаємною індуктивністю двох контурів? Від чого вона залежить?

3.Знайти коефіцієнт взаємоіндукції обмоток трансформатора для режиму холостого ходу.

4.Обчислити коефіцієнти взаємоіндукції обмоток трансформатора для режиму номінального навантаження.

5.Навести формулу коефіцієнта трансформації трансформатора. Пояснити принцип роботи.

6.Що називається ККД трансформатора? Як визначається ККД трансформатора та від чого він залежить?

7.Як поєднати діючі значення напруги та сили струму з їх амплітудними значеннями для синусоїдального струму та напруги?

8.Як можна знайти ККД трансформатора, знаючи максимальні коефіцієнти взаємоіндукції його обмоток? При яких умовах цей ККД можна визначити через коефіцієнти взаємоіндукції?

14 ВИВЧЕННЯ МАГНІТНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ФЕРОМАГНЕТИКІВ

14.1Мета роботи: дослідження магнітного поля в речовині на прикладі різних феромагнетичних матеріалів, ознайомлення з явищем гістерезису.

14.2Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Будь-яка речовина, що розташована в магнітному полі, змінює свої властивості. Магнітні властивості речовини пов'язані з орбітальним рухом електронів в атомі, із заповненням електронних оболонок в атомі, з магнітними властивостями самих електронів та інших частинок.

У переважній більшості речовин їхні магнітні властивості є дуже слабкими. До них відносяться діамагнетики та парамагнетики, які у відсутності

68

зовнішнього магнітного поля не мають намагніченості. Намагніченість характеризують магнітним моментом одиниці об'єму

де χ – магнітна сприйнятливість речовини, характерна для даного магнетика величина, що не залежить від H .

Феромагнетики – речовини, які в макроскопічних об'ємах мають магнітовпорядкований стан. Магнітовпорядкований стан речовини виникає внаслідок того, що магнітні моменти атомних носіїв магнетизму (спінові магнітні моменти) розташовані паралельно в межах деякої області речовини (домену). Феромагнітна атомна структура кубічної решітки зображена на рис. 14.1. Така орієнтація магнітних моментів атомів призводить до власної (спонтанної) намагніче-

ності речовини, яка характеризується вектором намагніченості J . Спонтанна намагніченість JC залежить від температури і зменшується з її зростанням.

Характер цієї залежності зображений на рис. 14.2, де θ – температура, при якій спонтанна намагніченість зникає. Ця температура називається точкою Кюрі. При T > θ феромагнітні властивості зникають і речовина стає парамагнетиком. Таким чином, феромагнетики – це такі речовини, в яких встановлюється певний магнітний порядок атомних магнітних моментів. До них відносяться: залізо, нікель, кобальт, гадоліній, їх сплави та сполуки, а також деякі сплави інших елементів.

Jc

J

θ T

Для феромагнетиків залежність J від H (або B від H ) носить складний характер. На рис. 14.3 зображений вид цієї залежності для початковоненамагніченого феромагнетика (головна або нульова крива намагнічування). З цієї залежності видно, що магнітна сприйнятливість χ не може служити характеристи-

69

кою магнітного стану феромагнетика. В цьому випадку як магнітна сприйнятливість χ, так і магнітна проникність речовини

є функціями напруженості магнітного поля H .

Залежність μ від H для феромагнетика зображена на рис. 14.4.

μ

Для феромагнетиків характерно явище насичення намагніченості J при досить високих напруженостях магнітного поля Н (рис. 14.3). Магнітна індукція B = μ0 (J + H ) залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля не-

лінійно, але при досягненні насичення B =μ0 (JS + H ) =μ0 H +const ця залеж-

ність переходить в лінійну (рис. 14.5). Окрім розглянутих особливостей феромагнетиків, існує ще одна, яка полягає в тому, що магнітна проникність μ (а отже, і χ) залежить не тільки від миттєвого значення напруженості поля H , але й від попереднього намагнічування зразка. Тому за характеристику феромагнетика приймається залежність B(H ) у вигляді повного циклу кривої намагні-

чування (рис. 14.6), яка зображує процес перемагнічування феромагнетика у змінному магнітному полі.

B

70