Ю. А. Жаринов Г. И. Евдакимов



Скачать 136.9 Kb.
Дата26.07.2014
Размер136.9 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
Вихревое электрическое поле
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

Вихревое электрическое поле

Цель работы

Экспериментально доказать, что напряженность электрического вихревого поля внутри соленоида пропорциональна расстоянию от оси, а за его пределами убывает обратно пропорционально этому расстоянию.

Оборудование и приборы

Лабораторный комплекс ЛКЭ – 1 (соленоиды на стойках, датчик плоский кольцевой, модуль М02 «Цепи переменного тока»), осциллограф тип С1 – 131/1 – Д, генератор тип ГСФ – 2, провода с двумя штекерами разной длины, кабеля к осциллографу со штекерами, линейка.

Краткая теория работы

Возникновение электрического тока в замкнутом контуре свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока, пронизывающего контуру, на свободные электрические заряды в контуре действует сила. Провод контура неподвижен, неподвижными можно считать свободные электрические заряды в нем. На неподвижные электрические заряды может действовать только электрическое поле. Следовательно, при любом изменении магнитного поля в окружающем пространстве возникает электрическое поле. Это электрическое поле и приводит в движение свободные электрические заряды в контуре, создавая индукционный электрический ток. Электрическое поле, возникающее при изменениях магнитного поля, называют вихревым электрическим полем.

Работа сил вихревого электрического поля по перемещению электрических зарядов и является работой сторонних сил источником ЭДС индукции.

Вихревое электрическое поле отличается от электростатического поля тем, что оно не связанно с электрическими зарядами, его линии напряженности представляют собой замкнутые линии. Работа сил вихревого электрического поля при движении электрического заряда по замкнутой линии может быть отлична от нуля.

Согласно теореме о циркуляции электрического поля



,

в контуре, охватывающем изменяющийся магнитный поток, возникает электрическое поле с ненулевой циркуляцией. При определенной симметрии системы может возникнуть электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями.

Соленоид представляет собой цилиндрическую катушку, состоящую из большого числа намотанных вплотную друг к другу витков проводника. При пропускании через соленоид электрического тока внутри и вне соленоида возникает магнитное поле.

Описание аппаратуры

Комплекс ЛКЭ – 1 предназначен для постановки лабораторных работ по курсу «Электричество» в физическом практикуме ВУЗов.

Генератор сигналов функциональный ГСФ-2 предназначен для постановки лабораторных работ по курсам «Электричество», «Волновые процессы», и др. в физическом практикуме ВУЗов.

ГСФ-2 содержит 4 функциональных блока:


  • частотомер - таймер;

  • задающий генератор;

  • усилитель низкой частоты;

  • источник постоянного напряжения.

Эти блоки могут работать совместно или независимо друг от друга. Органы управления сгруппированы на передней панели ГСФ.

Технические данные:



  • диапазон частот для задающего генератора – 0,3Гц-1500кГц;

  • диапазон частот для усилителя - 0-20Гц;

  • выходные сигналы – гармонический, пилообразный, прямоугольный;

  • выходное напряжение – 0-20В;

  • максимальный ток нагрузки – 1А.

Рисунок 1 – Панель управления генератора ГСФ – 2.


Общие органы управления и подключения:

«СЕТЬ» - тумблер включения питания (исх. пол. – выкл. (вниз)).

«мс-Гц-кГц» - переключатель режима работы и диапазонов частотомера – таймера (исх. пол. – «Гц» (среднее)).

«ГЕН-ВНЕШ» - выбор источника сигнала: задающий генератор ГСФ или внешний источник, подключенный к гнездам «ВХ1-ОБЩ» (исх. пол. – «ГЕН» (вверх)).

«--» - переключатель формы вырабатываемого сигнала (исх. пол. – «» (среднее)).

«ЧАСТОТА» - группа органов управления частотой сигнала:

«1-Гц-4» - установка номинальной частоты;

«-5-%-+5» - подстройка частоты в пределах 5%.

«МНОЖИТЕЛЬ» - тумблер переключения диапазонов частоты (исх. пол. – все три тумблера «1» (вниз)).

«-0-=» - переключатель выходного сигнала. В режиме «» к основному входу усилителя подключен задающий генератор. В режиме «=» к основному входу усилителя подключен «ИПН» (Источник Постоянного Напряжения). В режиме «0» к основному входу усилителя ничего не подключено. (Исх. пол. – «0» (среднее)).

«20В-1А» - переключатель вида выходного сигнала. В режиме «20В» усилитель является источником напряжения с максимальной амплитудой 20В. В режиме «1А» усилитель является источником тока с максимальной амплитудой 1А (Исх. пол. – «20В» (вверх)).

«АМПЛИТУДА 0-1» - регулятор усиления. При работе от задающего генератора амплитуда на гнезде «ВЫХ» равна показаниям ручки «АМПЛИТУДА», умноженным на 20В или 1А, в зависимости от вида выходного сигнала (исх. пол. – «1» (крайнее правое)).

«
ВЫХ» - выход усилителя (относительно гнезда «ОБЩ»).

Рисунок 2 – Панель управления осциллографа С1-131/1

Схема осциллографа содержит следующие основные блоки:

– двухканальный ТВО, обеспечивающий усиление и масштабирование исследуемых сигналов в соответствии с выбранным коэффициентом отклонения и чувствительностью вертикальной отклоняющей системы ЭЛТ;

– ТГО, обеспечивающий усиление и формирование сигналов горизонтального отклонения луча на экране ЭЛТ, в соответствии с выбранным масштабом и чувствительностью горизонтальной отклоняющей системы ЭЛТ;

– устройство встроенного контроля, формирующее прямоугольные импульсы;

– низковольтный источник питания, осуществляющий преобразование переменного напряжения сети в ряд стабилизированных постоянных напряжений, необходимых для работы схемы прибора;

– схема питания ЭЛТ, вырабатывающий высоковольтные напряжения для обеспечения работы ЭЛТ. Схема питания ЭЛТ содержит также выходной усилитель подсвета, сигналы с которого подаются на модулятор ЭЛТ и обеспечивают необходимую оператору яркость осциллограммы.

Назначения органов управления, настройки и подключения с указанием исходного положения приведено в таблице 1.


Таблица 1 – Назначения органов управления, настройки и подключения

Органы управления, настройки и подключения

Назначение

Исходное положения

Кнопка «POWER ON»

Включение прибора

Не нажата

Ручка «»

Регулировка яркости луча

Крайнее левое

Ручка «»

Регулировка фокусировки луча

Среднее

Ручка «»

Смещение луча канала на экране по вертикали

Среднее

Ручка «»

Смещение луча на экране по горизонтали

Среднее

Ручка «LEVEL»

Регулировка уровня синхронизации развертки

Среднее

Переключатель «V/DIV»

Установка коэффициентов отклонения канала

«1» и «V»

Переключатель «/»

Переключение открытого или закрытого входа каналов Y1, Y2

«»

Гнездо Y1

Вход канала Y1

-

Гнездо Y2

Вход канала Y2

-

Переключатель «»

Включение инвертированного канала Y1

Не нажат

Переключатель «Y1»

Включение отображения канала Y1

Нажат

Переключатель «Y2»

Включение отображения канала Y2

Нажат

Переключатель «»

Включение режима суммирования каналов Y1 и Y2

Не нажат

Переключатель «/…..»

Переключение режимов коммутации каналов Y1 и Y2

«…..»

Переключатель «TRIG Y1/Y2»

Переключатель канала внутренней синхронизации Y1-Y2

«Y1»

Переключатель «TIME/DIV»

Установка коэффициентов развертки

«10»

Переключатель «s/ms»

Включение микросекундного или миллисекундного диапазонов коэффициентов развертки

«ms»

Переключатель «/»

Включение автоколебательного или ждущего режимов развертки

«»

Переключатель «EXT/INT»

Переключение источника внутренней и внешней синхронизации

«INT»

Переключатель «TV»

Включение режима телевизионной синхронизации

Не нажат

Переключатель «/»

Переключение полярности сигнала запуска развертки

«»

Переключатель «XY»

Включение режима «X-Y»

Не нажат

Схема опыта:


Рисунок 3 – Схемы опыта


На рисунке 3: L1, L2 – соленоиды, L3 - датчик плоский кольцевой, R – сопротивление цепи (расположенный на модуле М02), V1, V2 – вольтметры (в данной лабораторной работе используется осциллограф).

Порядок выполнения работы


Магнитное поле создадим с помощью двух соединенных последовательно соленоидов на стойках. Вихревое электрическое поле определим с помощью многоконтурного плоского датчика, размещенного в зазоре между соленоидами.

  1. Установить тумблера, переключатели и ручки ГСФ – 2 в исходные положения. Тумблер множителя установить в положение «100». Переключатель «-0-=» установить в положение «». Установить переключатели и ручки осциллографа (Примечание: В этой лабораторной работе осциллограф используется как вольтметр) в исходные положения).

  2. Собрать цепь по схеме на рисунке 3, учитывая, что плоский датчик подключается к вольтметру при помощи гнезд 1 и 2, где первая цифра означает номер контура, причем плоский многоконтурный датчик располагается между двумя соленоидами (Примечание: При подключении генератора использовать гнезда «ВЫХ» и «ОБЩ», R=10Ом). Пригласить лаборанта для проверки.

  3. После подтверждения правильности собранной цепи включить осциллограф в сеть 220В и нажать кнопку включения прибора, через 3-5 минут прибор готов к работе.

  4. Для подготовки осциллографа к измерениям выполнить следующие действия: а) ручками «» и «» добиться оптимальной яркости и фокусировки луча развертки; б) ручками «» установить луч канала Y1 на 1 деление выше центра экрана ЭЛТ, а луч Y2 на одно деление ниже центра экрана ЭЛТ; в) включить режим «X-Y» (на экране должно быть изображение в виде двух ярких точек) и выровнять точки по горизонтали при помощи ручки «»; б) выключить режим «X-Y».

  5. Включить ГСФ – 2 в сеть 220В и тумблер включения питания. При помощи ручки «1-Гц-4» установить частоту в 200 Гц. При помощи ручки «АМПЛИТУДА 0-1» установить значение выходного напряжения равным 4В.

  6. Снять показания с осциллографа (U1,U2), установив нужные коэффициенты отклонения для каждого из каналов.

  7. Повторить опыт для всех 9 контуров плоского датчика

  8. Выключить питания ГСФ – 2.

  9. По результатам сделанных измерений заполнить таблицу 2.

  10. По результатам опыта сделайте выводы.



Таблица 2 – Результаты измерений и расчетов опыта


 = 200 Гц, R = 10 Ом, U1 = 4 В


r, мм

10

15

20

25

30

40

50

60

70

U2, мВ




























E, мВ/м



























Вывод формул:


Напряженность поля в каждом контуре равна возникающей в нем ЭДС электромагнитной индукции, деленной на полную длину обмотки контура:

,

где r – радиус контура, n – число витков контура.

При гармоническом сигнале частотой  измеряем действующее значение напряжения U2. Вычисляем действующее значение напряженности по формуле:

.

Радиус контура r = 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70 мм. Число витков контура датчика n = 50. Радиус обмотки соленоида r0 = 26 мм.


Контрольные вопросы

  1. Закон электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Правило Ленца.

  2. Теорема о циркуляции электромагнитного поля. Силовые линии электрического поля (вихревого поля).

  3. Вихревое электрическое поле, его отличие от электростатического поля.

  4. Магнитное поле соленоида (расчет). Доказать, что при однородном поле в соленоиде, напряженность электрического вихревого поля внутри соленоида пропорциональна расстоянию от оси, а за его пределами убывает обратно пропорционально этому расстоянию.


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