Эффективным значением переменного тока называется такое значение постоянного тока, при котором в проводнике выделяется такое же количество тепла, что и при данном переменном токе.

Измерив полное и активное сопротивление определим индуктивность катушки:

. (9)

Таким образом (это видно из (9)), для определения индуктивности катушки нужно измерить ее полное Z и омическое R сопротивление.

Полное сопротивление Z найдем, применив к катушке (участок АВ) закон Ома для переменного тока

где I_эфф и V_эфф - эффективные значения силы тока и напряжения.

Эффективные значения тока и напряжения измеряют амперметром и вольтметром и по формуле (9) вычисляют полное сопротивление катушки Z.

Омическое сопротивление R можно определить, если по этой же цепи пропустить постоянный ток и применить закон Ома к катушке.

.

В работе нужно произвести несколько измерений, поэтому в схему для изменения силы тока подключен реостат R₁ (регулятор тока).

Порядок выполнения работы

1. Собирают цепь по схеме (см. рис.1).

2. С помощью амперметра и вольтметра измеряют I и V.

3. Вычисленное значение z и известное значение R подставляют в формулу (9) и вычисляют индуктивность катушки L в генри.

4. Измерения повторяют не менее 3 раз при разных значениях силы тока (по заданию преподавателя).

5. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу.

Задачи

1. Какое значение имеет ЭДС самоиндукции катушки при свободных колебаниях в контуре Томсона в момент полной разрядки конденсатора?

Ответы: а)максимальное значение; б) нулевое значение; в) минимальное ( 0) значение; г) промежуточное ( 0) значение; д) нет ответа

2. Из провода изготовлена катушка длиной 6,28 см. Определить магнитный поток внутри катушки, если ее радиус равен 1 см, она содержит 200 витков и по ней проходит ток 1 А. Магнитное поле внутри катушки считать однородным.

3. Требуется изготовить катушку длиной 6,28 см и площадью поперечного сечения 40 см² с индуктивностью 0,02 Гн. Сколько витков должна иметь эта катушка?

4. По катушке индуктивностью 5 Гн проходит ток 4 А. Определить магнитный поток внутри катушки, если ее обмотка состоит из 500 витков.

5. Индуктивность катушки с железным сердечником равна 25 Гн. Определить ЭДС самоиндукции в момент размыкания цепи, если скорость изменения тока в ней равна 100 А/с.

Контрольные вопросы

1. Закон Фарадея - Ленца.

2. Чем обусловлены активное и индуктивное сопротивление?

3. Запишите выражения для активного и индуктивного сопротивления.

4. Вывод рабочей формулы.

5. Индуктивность, ее физический смысл.

6. От каких параметров зависит индуктивность катушки?

7. Чему равна индуктивность катушки, если по ней протекает постоянный ток?

Литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука. Т.2, 1982. § 60, 64

2. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа. 2002, § 122, 126.

3. Бондарев Б. В., Калашников Н. П., Спирин Г. Г. Курс общей физики. М.: Высшая школа. 2003, кн. 2. § 8.1, 8.3.

Лабораторная работа № 2.17

Изучение закона полного тока

Цель работы:практическое изучение закона полного тока для токов

проводимости с помощью магнитного поля соленоида,

приобретение навыков измерения напряженности

магнитного поля с помощью индикатора индукции

магнитного поля.

Приборы и принадлежности: кольцевая катушка, амперметр,

микроамперметр с шунтом, источник постоянного тока,

генератор низкой частоты, индикатор индукции

магнитного поля, панель лабораторной установки.

Теоретические сведения

Закон полного тока является одним из главных законов электромагнетизма. Выраженный в наиболее общей форме, он был обобщен Максвеллом в одно из основных уравнений теории электромагнитного поля.

Закон полного тока применяется для расчета магнитных полей постоянного тока, магнитных цепей и имеет такое же значение, как теорема Гаусса для расчета электрических полей.

В общем случае, магнитной цепью называется совокупность тел или областей пространства, в которых сосредоточено магнитное поле.

Магнитные цепи составляют необходимую часть электрических машин, электрических устройств типа трансформаторов, электромагнитов и т. д.

Простейшая магнитная цепь – поле соленоида. В данной работе изучается закон полного тока для токов проводимости в магнитном поле соленоида.

Циркуляцией векторов напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура L называется интеграл вида:

, (1)

где L – контур произвольной формы;

- вектор напряженности магнитного поля, создаваемого токами, охватываемыми контуром L, в точках элемента контура;

d – элемент длины контура L в направлении его обхода. Закон полного тока для токов проводимости формулируется следующим образом: циркуляция напряженности магнитного поля, создаваемого проводниками с токами вдоль любого замкнутого контура, равна алгебраической сумме сил токов, охватываемых этим контуром:

, (2)

где n – число токов, охватываемых контуром L.

Токи считаются положительными, если они образуют правовинтовую систему с выбранным направлением обхода вдоль контура. В противном случае токи считаются отрицательными (рис. 1).

Закон полного тока справедлив для проводников любой формы и любого размера.

Отличие циркуляции напряженности магнитного поля от нуля говорит о том, что магнитное поле является вихревым и силовые линии магнитного поля всегда замкнуты. В этом существенное отличие магнитного поля от электрического.

В электростатическом поле силовые линии всегда разомкнуты: они начинаются и заканчиваются на электрических зарядах. Линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца, поскольку в природе отсутствуют магнитные заряды, и поэтому магнитного тока также не существует.

Магнитное поле создается проводниками с токами или микротоками, протекающими в сплошных телах, или отдельными движущимися электрическими зарядами.

Если контур не охватывает токов, то циркуляция вектора вдоль такого контура будет равна нулю, однако, это не изменяет вихревого характера магнитного поля.

Для соленоида формула (2) имеет следующий вид:

. (3)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: