Лабораторная работа № 5 изучение явления взаимной индукции
Цель работы: исследование явления взаимной индукции двух коаксиально расположенных катушек; исследование зависимости коэффициента взаимной индукции от взаимного расположения катушек; измерение коэффициента взаимной индукции при различных значениях амплитуды и частоты питающего напряжения.
Приборы и оборудование. Модуль ФПЭ-05; звуковой генератор (РQ); электронный осциллограф (РО); две катушки индуктивности (L1 и L2), расположенные на одной оси; шток (Ш) со шкалой, показывающей взаимное расположение катушек L1 и L2.
Общие теоретические сведения
Рассмотрим два замкнутых неподвижных контура 1 и 2, расположенные на некотором небольшом расстоянии друг от друга (рис. 5.1). Если по контуру 1 пропустить ток I1, то он через контур 2 создаст поток Ф21 магнитной индукции (его магнитное поле, создающее этот поток, на рис. 5.1 изображено сплошными линиями), который будет пропорционален току I1:
Ф21 = M21I1, (5.1)
где M21 - коэффициент пропорциональности.
Рис. 5.1
Ei2 = - = - M21 . (5.2)
Аналогично, если по контуру 2 пропустить ток I2, то он через контур 1 создаст поток Ф12 магнитной индукции (его магнитное поле, создающее этот поток, на рис. 5.1 изображено пунктирными линиями), который будет пропорционален току I2:
Ф12 = M12I2, (5.3)
и
Ei1 = - = - M12 . (5.4)
где M12 - коэффициент пропорциональности.
В таких случаях говорят, что между обоими контурами существует магнитная связь, поэтому контуры 1 и 2 называют связанными.
Знак «минус» в формулах (5.3) и (5.4) обусловлен правилом Ленца (1833 г.), согласно которому возникающий индукционный ток в контуре всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.
Явление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении силы тока в другом контуре называется взаимной индукцией.
Формулы (5.2) и (5.4) справедливы лишь в отсутствие ферромагнетиков вблизи контуров.
Коэффициенты пропорциональности M21 и M12 называются коэффициентами взаимной индукции контуров или взаимной индуктивностью контуров. Их величина зависит от геометрической формы, размеров, взаимного расположения контуров 1 и 2, а также от магнитной проницаемости окружающей контуры среды.
Коэффициент M21 взаимной индукции численно равен магнитному потоку через контур 2, создаваемому контуром 1 при силе тока в нем, равной единице.
Аналогично, коэффициент M12 взаимной индукции численно равен магнитному потоку через контур 1, создаваемому контуром 2 при силе тока в нем, равной единице.
Соответствующие расчеты, подтверждаемые опытом, показывают, что в отсутствие ферромагнетиков коэффициенты взаимной индукции всегда равны друг другу:
M21 = M12. (5.5)
Единица измерения коэффициента взаимной индукции такая же, как и единица измерения индуктивности, т.е. генри (Гн).