ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 (ТЭМП-3)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩЕМ ЛИСТЕ ("ЛИСТ") Цель работы. Изучение картины силовых и эквипотенциальных линий в потенциальных статических полях на примере электрического поля в проводящей среде; применение основных соотношений между величинами, характеризующими электрическое поле в проводящей среде; знакомство с методами аналогий в решении задач электростатики, магнитостатики и гальваностатики. Основные расчётные соотношения и пояснения При разности потенциалов
Построить картину линий, совпадающих в каждой своей точке по направлению с напряжённостью
Действительно, перемещению
Если векторы Эквипотенциальные линии построить легче, используя, например, вольтметр и отыскивая щупом в пределах исследуемого пространства точки равного потенциала по отношению к какой-либо точке отсчёта с условно нулевым потенциалом. Характерно, что на границе раздела проводящего (проводчика) и непроводящего (изолятора) пространства, электрический ток может протекать лишь вдоль границы раздела, силовые линии, следовательно, имеют направление также лишь вдоль границы раздела, а эквипотенциальные линии могут быть лишь перпендикулярны границе раздела. Если среда имеет невысокую электропроводность по сравнению с электродами, подводящими ток от источника, то весь электрод представляется областью равного потенциала, а силовые линии из электрода выходят перпендикулярно его границе. Если эквипотенциальные линии строить по всему пространству через равные интервалы Таким образом можно оценить (рассчитать) напряжённость электрического поля в любой точке исследуемого пространства. Если известна удельная электрическая проводимость
Если удельная проводимость
Здесь
Для расчёта (оценки) удельной проводимости
Из теории следует, что в этом случае через каждый прямоугольник (так называемую "трубку тока") протекает одинаковый по величине ток Iт. Зная общий ток I , протекающий от электрода Э1 через проводящую среду к электроду Э2 и число трубок Nт согласно выполненному построению картины поля, можно рассчитать (оценить) величину удельной проводимости: Здесь используется толщина "трубки тока" Содержание и порядок выполнения работы 1. Пропитать соляным раствором лист белой крупноволокнистой бумаги формата 300х400 (мм2) и полоску той же бумаги шириной a= 20 (мм), длиной b = 100 (мм), толщиной 2. Наложить на полоску I (рис.5) электроды 2 и 3 на расстоянии между ними. Подать напряжение от источника 4. Измерить токIpисточника с помощью миллиамперметра A1 и напряжение Up между электродами 2 и 3 с помощью вольтметраV1. Рассчитать удельную электрическую проводимость по соотношению (5). 3. Пропитанный лист бумаги I (рис.6) без потёков поместить на лист изолятора 2. Установить на листе бумаги электроды 3 и 4 (Э1 и Э2) по указанию преподавателя. Подать напряжение на электроды от источника низкого напряжения 5. Измерить общий ток I , протекающий к электродам от источника, с помощью миллиамперметра А1.
4. Измерить вольтметром V1 напряжение U между электродами 3 и 4. Удерживая один щуп (6) вольтметра V1 на электроде 3 и перемещая другой щуп (7) вдоль проводящего листа от электрода 3 до электрода 4, убедиться в том, что все точки проводящего листа находятся под каким-либо потенциалом и изменение потенциала происходит плавно. 5. Выбрать шаг напряжения 6. Соединить эквипотенциальные точки линиями. Построить множество силовых линий и выбрать из них те, которые образуют с эквипотенциальными линиями по всему полю листа подобные криволинейные прямоугольники. Вопросы и задания к зачёту 1. Рассчитать значение напряжённости электрического поля, плотности тока и удельной электрической проводимости и удельной мощности потерь в точках листа по указанию преподавателя. 2. Изучить величины (обозначения, названия, размерность), характеризующие электрическое поле в проводящей среде и соотношения, связывающие их между собой. 3. Как использовать метод аналогии для расчёта электростатических и магнитостатических полей с помощью поля в проводящей среде? Литература 5, гл. 20
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 (ТЭМП-4) ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА ("СОЛЕНОИД") Цель работы. Изучение методов расчета магнитных полей и параметров электротехнических устройств; освоение индукционного метода исследования магнитных полей переменного тока. Основные расчётные соотношения и пояснения При конструировании электротехнических и радиотехнических устройств часто требуется производить расчёты индуктивности, взаимоиндуктивности, а также изучать распределение магнитного потока в пространстве. Индуктивность равна отношению потокосцепления катушки к току через нее:
Магнитная индукция в общем случае поля токов в однородной изотропной среде (например, воздухе, масле и т.п.) может быть рассчитана через интеграл
Потокосцепление
Согласно (I) индуктивность соленоида
где w – число витков соленоида; D – диаметр обмотки соленоида; КФ – коэффициент формы, определяющийся соотношением между диаметром обмотки соленоида D и его длиной В [I] приведены следующие соотношения междуКФи
КФ = 2,25; 2,617; 3,355 … Магнитное поле соленоида неоднородно и для равномерной намотки обладает осевой и центральной симметрией (см.рис.7). Магнитная индукция в любой точке поля соленоида может быть рассчитана по интегралу Био-Савора-Лапласа (2). Получающееся в результате интегрирования выражение в общем случае весьма громоздко. В частном случае на оси соленоида оно несколько проще [2]:
где В центре соленоида (z=0 ) индукция максимальна
Намерение индукции осуществляется непосредственно с использованием магниточувствительных элементов (датчиков Холла, магниторезисторов, магнитотранзисторов и т.п.). Наиболее доступен метод измерения индукции через величину ЭДС, наведенной в измерительной (пробной) катушке переменным (синусоидальным) магнитным потоком, который создается синусоидальным током. При частоте тока сети f = 50 Гц пространственное распределение магнитной индукции во многих случаях близко к его распределению на постоянном токе. Амплитуда синусоидально изменяющейся индукции Вm может быть рассчитана по величине ЭДС eK, наведенной в измерительной катушке с числом витков WK, площадью среднего сечения катушки SK:
Амплитуда индукции Вmz связывается с амплитудой, наведенной ЭДС Em, также как и их действующие (измеренные) значения через коэффициент измерительной катушки
Наведенная в измерительной катушке ЭДС зависит от положения в пространстве нормали ее сечения Содержание и порядок выполнения работы I. На рис.8 приведена схема соединения используемого в лабораторной работе оборудования. Соленоид I подключается через реостат 2 и автотрансформатор 3 к сети 220 В переменного тока частотой 50 Гц. Ток обмотки соленоида контролируется амперметром 4. Измерительная (зондовая) катушка 5 вносится в поле соленоида, а наводимая в ней ЭДС контролируется с помощью лампового милливольтметра 6.
2. Катушка 5 располагается на оси соленоида и ее сечение ориентируется вдоль его оси. Изменяя координату z вдоль оси соленоида (см. рис.7), производят измерение ЭДС измерительной катушки в 5 – 7 точках. 3. Число витков соленоида w1 и измерительной катушки wK нанесено на табличках их параметров. Там же имеются данные о длине 4. Поместить центр измерительной катушки в какую-либо точку вне оси соленоида с координатами z1 и x1. Не изменяя положения этого центра, вращением ручки добиться такого ее положения, при котором показания вольтметра 6 будут максимальны. Записать положение ручки катушки с помощью длин катетов проекций ее длины на оси z и x, что позволяет определить угол между вектором индукции 5. Рассчитать индуктивность соленоида по формуле (4). Измерить индуктивность соленоида с помощью измерителя индуктивности. Сравнить результаты расчета и эксперимента. В отчете о работе привести расчетные и экспериментальные данные, нарисовать и пояснить картину магнитного поля соленоида, сделать выводы. Вопросы и задания к зачету 1. Названия, размерность, обозначения величин, используемых в магнитостатике и лабораторной работе. 2. В чем заключается физический смысл используемых формул и сущность производимых измерений. 3. Объяснение картины магнитного поля соленоида. Литература I, гл. 9; 3, гл. 9; 4, гл. П
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 (ТЭМП-5) ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЁТА ВЗАИМОИНДУКТИВНОСТИ ("ВЗАИМОИНДУКТИВНОСТЬ") Цель работы. Изучение методов расчёта и экспериментального определения взаимоиндуктивности соосных соленоидов. Основные расчётные соотношения и пояснения Взаимоиндуктивность M21 представляет собой отношение потокосцепления
При протекании синусоидального тока
Изменение потокосцепления взаимной индукции
Взаимоиндуктивность может быть рассчитана через отношение наведенной ЭДС к вызвавшему её току:
Величина потока взаимной индукции
где а коэффициенты F1 и F2 зависят от соотношения В широком диапазоне отношений Если соленоиды I и 2 смещены вдоль их общей оси на расстояние x. относительно положения симметрии (x=0), то взаимоиндуктивность рассчитывается по более сложному выражению [I]:
где
Коэффициенты F1 Для линейного в магнитном отношении пространства прямая и обратная взаимоиндуктивности равны: Содержание и порядок выполнения работы
На рис.9 изображена схема установки для экспериментального измерения взаимоиндуктивности. Соленоид I ( w1 ) подключается к сети 220 В, 50 Гц, через амперметр 4, автотрансформатор 3 и коммутационные аппараты. На его оси расположены соленоид 2 (w2), который имеет возможность перемещаться вдоль общей оси соленоидов. Координата x вдоль оси соленоида отсчитывается от точки симметричного взаимного положения соленоидов (x=0). К выводам соленоида 2 подключен ламповый милливольтметр 5 с большим входным сопротивлением. 1. Установить соленоиды в положение x=0. Подать на соленоид I ток около 1,0 А, измерить ЭДС взаимной индукции, рассчитать взаимоиндуктивность по выражению (4). 2. Повторить опыт I для нескольких значений координаты x и построить график значений взаимоиндуктивности в зависимости от координаты x. Сравнить этот график с аналогичным, полученным путем расчета по выражениям (5) и (6). 3. Проверить выполнение соотношения (7). Вопросы и задания к зачёту 1. Объясните причину равенства прямой и обратной взаимоиндуктивностей в случае линейной среды. 2. Указать пределы изменения коэффициента связи и дать объяснения значениям этих пределов. 3. Изучить названия, обозначения и размерность величин, описывающих магнитное поле. Литература 5, гл. 21
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (367)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |