Ю. А. Жаринов Г. И. Евдакимов



Скачать 83.21 Kb.
Дата26.07.2014
Размер83.21 Kb.
ТипМетодические указания
Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования


фимский государственный нефтяной технический университет"

Филиал УГНТУ в г. Салавате


Кафедра "Общенаучные дисциплины"


СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой ОНД Зам. директора по учебной работе, доцент
______________ Ю.А.Жаринов Г. И. Евдакимов

________________________2006 ____________________________2006



Методические указания к лабораторной работе
Определение индуктивности катушки
Дисциплина «Физика»

СОГЛАСОВАНО РАЗРАБОТАЛ

Инженер по охране труда ассистент кафедры ОНД
_____________ Г. В. Мангуткина ______________В.Г. Прачкин
___________________ 2006 __________________2006

Салават 2006

Методические указания предназначены для специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений», 240801 «Машины и аппараты химических производств», 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

Рассмотрено на заседании кафедры ОНД

Протокол №__________ от_____________2006
© Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате

Определение индуктивности катушки
Цель работы

Определение индуктивности катушки без сердечника и с железным сердечником.


Приборы и принадлежности

Исследуемая катушка, сердечник, вольтметр, амперметр, реостат, источник переменного тока.


Краткая теория

Введение. Если в проводнике изменяется сила тока, то в нем возникает электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции, препятствующая этому изменению. ЭДС самоиндукции пропорциональна изменению силы тока в единицу времени


(1)
Коэффициент пропорциональности l, называют индуктивностью. Она зависит от формы и размеров проводника и от магнитной проницаемости окружающей среды. Если положить = I В, а dJ/dt=I(A/C), то L = 1 Гн

Таким образом, индуктивностью в 1 Гн обладает такой проводник в котором изменение силы тока со скоростью 1 А в 1 с вызывает ЭДС самоиндукции в 1В. У линейных проводников индуктивность мала. Большой индуктивностью обладают так называемые катушки индуктивности, состоящие из большого числа витков.

Путь сопротивления постоянного тока проволоки, которая намотана на катушку, равна R. Это сопротивление называют активным.

Если включить такую катушку в цепь переменного тока, то вследствие периодического изменения силы тока, возникает ЭДС - индукции препятствующая приложенному напряжению. Это приводит к тому, что сопротивление катушки становится больше, чем активное. Иначе говоря, катушка индуктивности будет обладать не только активным, но и индуктивным (реактивным) сопротивлением.

Поскольку сопротивление катушки индуктивности переменного тока больше, чем постоянного, то ее можно представить схематически в виде последовательно соединенных чисто активного R и чисто индуктивного ХL сопротивлений (рис. 1). Однако общее сопротивление не равно алгебраической сумме R и XL. Это вытекает из следующих соображений. Пусть приложенное переменное напряжение равно:



Рисунок 1

Необходимо определить силу тока в цепи. Коэффициент, связывающий напряжение и силу тока, даст величину полного сопротивления. Приложенное напряжение равно сумме падений напряжений:
UR=JR
и
,
где J - сила тока в цепи.

Тогда
(2)

Полученное уравнение представляет собой дифференциальное уравнение относительно силы тока. Будем искать его решение в виде J = J sin (wt + ). Подставляя это значение в выражение (2), получим:
Uo sin wt = RJ0 sin wt cos  + RJ0 cos wt sin  +

+ LwJ0 sin wt sin  - LwJ0 cos wtcos 
Поскольку последнее равенство должно выполняться в любой момент времени, то коэффициенты при sin wt и сos wt в левой и правой частях равны, тогда:
(3)
(4)
после преобразования имеем:
(5)
Проанализируем полученные результаты:

величина
(6)


играет роль полного сопротивления. Покажем, что закон Ома для участка цепи постоянного тока является частным случаем выражения (5).

Действительно, для постоянного тока и

Если цепь переменного тока состоит из сопротивления с пренебрежительно малой индуктивностью (L =0), то так же можно применить закон:

Из формулы (5) видно, что полное сопротивление Z больше активного R .

Если , то величиной R под корнем можно пренебречь и

Из последнего выражения следует, что чисто индуктивное сопротивление равно: Х = LW. Таким образом, индуктивное сопротивление прямо пропорционально индуктивности и частоте переменного тока.

Приложенное напряжение U=U0 sin WT и ток в цепи J = J0 sin (wt+) не совпадает друг с другом по фазе. Это значит, что когда напряжение на зажимах а и б (рис. 1) достигает максимального значения, сила тока в цепи не максимальна. Разность фаз легко может быть определена из условия (4).

Коэффициент самоиндукции определить из формулы (5). Но в выражение (5) фигурирует амплитудное значение тока J0 и напряжение U0.

На практике обычные вольтметры и амперметры показывают не максимальные (амплитудные), а эффективные значения Uэфф и Jэфф, которые связаны с максимальными значениями J0 и U0, следующими соотношениями:

(7)
Решим уравнение (7) относительно L:
(8)
Таким образом, для определения индуктивности катушки необходимо знать ее полное сопротивление Z, омическое сопротивление R и круговую частоту переменного тока:

Примечание. Если в цепи имеется конденсатор, включенный последовательно с катушкой индуктивности, то полное сопротивление:

Порядок выполнения работы

Задача заключается в определении индуктивности катушки без сердечника и с железным сердечником. Собирают схему (рис. 2).


Рисунок 2

Здесь А и V амперметр и вольтметр электродинамической системы, L-исследуемая катушка, R1 - ползунковый реостат.

К клеммам приложено переменное напряжение с частотой V=50Гц. Измеряют омметром омическое сопротивление R катушки (если оно не указано на корпусе катушки). Замыкают цепь и определяют силу тока I, идущего через катушку, для трех различных значений напряжения Uэфф на ее концах. Напряжение на зажимах катушки регулируют реостатом R, определяют три соответствующих значения Z по формуле:


Из трех значений Z находят среднее значение Zср, значение иабсолютную погрешность Z. Найденные величины Z, R и W подставляют в формулу (8) и определяют искомую активность, в Генри.

Повторяют опыт, вставив в катушку сердечник, и определяют силу тока при 7 различных значениях напряжения.

Затем вычисляют индуктивность и строят график зависимости Z от I.

Делают оценки погрешности прямых (I и U) и косвенных измерений.

На основании анализа полученных результатов сделать выводы.


Контрольные вопросы

1. ЭДС индукции.

2. Законы Фарадея и Ленца.

3. Электронный механизм возникновения ЭДС индукции.

4. Явление самоиндукции.

5. Индуктивность соленоида (вывод формулы).

6. Полное сопротивление цепи переменного тока.

7. Энергия магнитного поля. Вывод формулы.



Техника безопасности

  1. Требования безопасности перед началом работ:

    1. К работе в лаборатории допускаются студенты, прошедшие инструктаж на рабочем месте с соответствующей отметкой в журнале.

    2. Работа в лаборатории проводится согласно общего расписания занятий. Во внеурочное время работа может выполняться только с согласия преподавателя и в присутствии лаборанта.

    3. Запрещается включать электрооборудование и приборы без разрешения преподавателя или лаборанта.

    4. Работа в лаборатории разрешается при наличии:

  • исправного электрического оборудования и электрической проводки;

  • заземления;

  • средств пожаротушения (огнетушитель, кошма, песок);

  • аптечки 1-ой медицинской помощи.

    1. До начала работы студенты обязаны тщательно ознакомиться с инструкциями к лабораторным работам, устройством установок и принципом их работы.

  1. Требования безопасности во время работы:

    1. Запрещается оставлять включенные электрические установки и приборы без надзора;

    2. Не допускается сборка, разборка и монтаж приборов, находящихся под напряжением;

    3. Запрещается касаться неизолированных токоведущих частей.

  2. Требования безопасности по окончании работы:

3.1. По окончании работы необходимо отключить питание электрических приборов, привести в порядок рабочее место;


Литература

  1. Савельев И.В. Курс общей физики, т.1,2,3 ­– М.: Наука, 2000. – 432с,496с,304с.

  2. Яворский Б.М, Сивухин А.А. Основы физики, т.1,2 – М.: Наука, 2001 – 576c,552c.

  3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.1,2,3– М.: Наука, 2000. 339с,368с,446.

  4. Волькинштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики – М.: Наука,2001. – 328с.

  5. Трофимова Т.И. Курс общей физики – М.: Наука, 2001. – 541с.

  6. Трофимова Т.И. Сборник задачо курсу физики с решениями – М.: Высш. Шк., 2002. – 591с

  7. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.1,2,3,4,5 –М.: ФИЗМАТЛИТ. 2006. – 560с, 544с, 656с, 792с, 784с.

Похожие:

Ю. А. Жаринов Г. И. Евдакимов iconЮ. А. Жаринов Г. И. Евдакимов
Методические указания предназначены для специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и...
Ю. А. Жаринов Г. И. Евдакимов iconПриложение Международные террористические организации
Жаринов К. В. Терроризм и террористы. Исторический справочник. Минск, Харвест, 1999г
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org