- •Содержание
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 Моделирование электростатических полей на электропроводящей бумаге
- •Цели и задачи работы
- •Теоретические положения
- •Описание установки и методики измерений
- •1.4. Порядок выполнения работы
- •1.5. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Определение емкости конденсатора и батареи конденсаторов
- •2.1. Цели и задачи работы
- •2.2. Теоретические положения
- •2.3. Описание установки
- •2.3.1. Подготовка модуля к работе.
- •2.3.2. Порядок проведения измерений
- •2.4. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Изучение обобщенного закона Ома и измерение электродвижущей силы методом компенсации
- •3.1. Цели и задачи работы
- •3.2. Теоретические положения
- •3.3. Описание установки и методики измерений
- •3.4. Порядок выполнения работы
- •3.5. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Изучение магнитного поля соленоида
- •4.1. Цели и задачи работы
- •4.2. Теоретические положения
- •4.4 Описание установки.
- •4.5. Порядок выполнения работы
- •4.5.1. Тарировка индукционного датчика
- •4.5.2. Определение магнитной индукции на оси соленоида
- •4.5.3. Определение магнитной индукции на оси короткой катушки
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Определение удельного заряда электрона
- •5.1. Цели и задачи работы
- •5.2.Теоретические положения
- •5.2. Описание лабораторной установки
- •5.4. Выполнение работы
- •5.4.1. Определение методом отклонения электронов в магнитном поле
- •5.4.2. Определение из вольтамперной характеристики вакуумного диода
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Изучение явления взаимной индукции
- •6.1. Цели и задачи работы
- •6.2. Теоретические положения
- •Описание установки
- •6.4. Выполнения работы
- •6.4.1. Определение взаимной индуктивности при наличии в цепи генератора, резистора r и подключении к генератору одной из катушек
- •6.4.2. Определение взаимной индуктивности при отсутствии в цепи генератора резистора r и подключении к генератору одной из катушек
- •6.4.3. Определение взаимной индуктивности методом последовательного соединения катушки и соленоида
- •6.4.4.. Изучение зависимости эдс индукции от частоты и напряжения генератора
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Индуктивность и емкость в цепи переменного тока
- •7.1. Цели и задачи работы
- •7.2. Теоретические положения
- •Мгновенное значение силы тока
- •Так как внешнее напряжение приложено к катушке индуктивности, то
- •О писание установки
- •7.4. Выполнение работы
- •7.4.1. Определение зависимости реактивного сопротивления от частоты
- •7.4.2. Определение угла сдвига фаз между током и напряжением
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8 Изучение затухающих колебаний
- •8.1. Цели и задачи работы
- •8.2. Теоретические положения
- •Согласно закону Ома для контура можно записать
- •8.3. Описание установки
- •8.4. Выполнение работы
- •8.4.1. Подготовка к работе
- •8.4.2. Порядок проведения измерений
- •8.4.3. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 Вынужденные электромагнитные колебания
- •9.1. Цели и задачи работы
- •9.2. Теоретические положения
- •При малом затухании ( ) резонансную частоту для напряжения можно положить равной w0. Соответственно можно считать, что
- •9.3. Описание установки
- •9.4. Выполнение работы
- •9.4.1. Подготовка к работе
- •9.4.2. Порядок проведения измерений.
- •9.4.3. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 10 Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- •10.1. Цели и задачи работы
- •10.2. Теоретические положения
- •10.3. Описание установки
- •10.4. Вывод расчетной формулы
- •10.5. Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •450000, Уфа-центр, ул.К.Маркса, 12
Описание установки
Состав работы:
– лабораторный модуль – 2 шт.
– генератор гармонических колебаний типа Г3-112 –1 шт.
– микромультиметр типа «MY-67» –1 шт.
– соленоид с катушкой –2 шт.
Параметры работы:
– соленоид: N1 N2
длина, см 15 15
число витков 800 1800
индуктивность мГн 13 21
– катушка:
длина, см 0,5 0,5
число витков 250 25
индуктивность мГн 10 16,5
– сопротивление резистора R = 62 кОм
– напряжение генератора U = (1 5) В
– частота генератора, = (1 4) кГц
Лабораторная установка (рис. 27) включает в себя лабораторный модуль 1, генератор гармонических колебаний 2 и выносной элемент, состоящий из смонтированной короткой катушки 3 и длинной (соленоида) 4. Короткая катушка может перемещаться относительно соленоида вдоль измерительного штока 5, имеющего сантиметровые деления.
На лицевой панели лабораторного модуля имеются гнёзда для подключения генератора, катушек и милливольтметра, а также изображена электрическая схема установки (рис. 28). Соленоид и катушка подключаются соответственно к гнёздам 2, 5 и 4, 6, генератор к гнёздам 9, 10 или 1, 10, а милливольтметр к 11, 12. Милливольтметр может измерять либо действующее значение напряжения на генераторе Uг, либо напряжение на катушках UL в зависимости от положения переключателя П.
Подаваемое на одну из катушек напряжение от генератора изменяется по закону = U0coswt. Так как в цепь генератора может быть включено сопротивление R, то возможны два метода определения взаимной индуктивности. Мгновенное значение тока в катушке 1 (предположим, к генератору подключён соленоид (рис. 29)) определяется из закона Ома для цепи переменного тока
|
(6.13) |
где R – сопротивление в цепи генератора; R1 – омическое сопротивление соленоида; L1 – индуктивность соленоида; w - циклическая частота.
Подставляя уравнение (6.13) в (6.6), получаем выражение для переменной ЭДС взаимной индукции в катушке 2
|
амплитуда которой равна
|
(6.14) |
Рассмотрим два случая:
1) R1 + R >> wL1 |
2) R1 << wL1 |
В первом случае, приняв, что R >> R1, так как омическое сопротивление медного провода катушек достаточно мало, получим
|
или
|
Здесь n - частота гармонических колебаний.
Поскольку действующие значения ЭДС E21 напряжения генератора Uг связаны с соответствующими мгновенными значениями соотношениями и , то можно записать
|
(6.15) |
В случае, если сопротивление в цепи генератора R равно нулю (генератор включён в гнёзда 9,10), т. е. wL1 >> R1, из (6.14) получим
|
Можно найти взаимную индукцию L12 = L21 также иначе. Если при сборке схемы поменять местами длинную и короткую катушки, то, рассуждая аналогично приведённому выше, получим
|
(6.16) |
|
(6.17) |
Здесь E12 – действующее значение ЭДС в соленоиде, В; L2 – индуктивность короткой катушки, Гн.
Возможен и третий способ определения взаимной индуктивности. Рассмотрим случай подключения к генератору последовательно соединённых катушек (рис. 30).
Индуктивность при соединении, как на рис. 30 а, равна (см. формулу (6.5))
L¢ = L1 + L2 + 2L21 |
(6.18) |
а при соединении, как на рис. 30 б,
L² = L1 + L2 - 2L21 |
(6.19) |
Из формул (6.18) и (6.19) получим
|
(6.20) |
При условии R1 R2 << R можно записать закон Ома для цепи, в которую включён генератор, в виде
|
где I – действующее значение тока, измеряемое миллиамперметром.
Если R >> wL1 wL2, то
Uг = IR |
(6.21) |
Поскольку индуктивное сопротивление катушек много больше их омического сопротивления wL1 wL2 >> R1 « R2, то
UL = IwL |
(6.22) |
где UL – напряжение на последовательно соединённых катушках, В; L – индуктивность последовательно соединённых катушек, Гн.
Из (6.22) и (6.21) получаем
|
(6.23) |
В зависимости от схемы соединения катушек (рис. 30) уравнение (6.23) принимает вид
|
или
|
(6.24) |
где UL¢ - напряжение на катушках при соединении по схеме на рис. 30 а, UL² - по схеме на рис. 30 б.
Из (6.20) и (6.24) получим
|
(6.25) |