Изучение вынужденных электрических колебаний в контуре, содержащем катушку индуктивности с ферритовым сердечником



Дата14.09.2017
Размер437 Kb.
ТипЛабораторная работа

Лабораторная работа Э-14

ИЗУЧЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

В КОНТУРЕ, СОДЕРЖАЩЕМ КАТУШКУ ИНДУКТИВНОСТИ

С ФЕРРИТОВЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Цель работы: исследовать зависимости электрического сопротивления и индуктивности контура от частоты и величины переменного тока.

Вынужденные электрические колебания происходят в контуре под действием переменного напряжения. Если в электрическую цепь, содержащую катушку индуктивности L, включить переменную ЭДС



, (14.1)

то в цепи, кроме , будет наводиться ЭДС самоиндукции



. (14.2)

Ток в таком контуре колеблется с той же частотой , что и приложенная ЭДС, но отстаёт от неё по фазе на 



. (14.3)

Амплитуда тока Im пропорциональна амплитуде ЭДС



, (14.4)

где Z – полное сопротивление контура переменному току (импеданс контура),


R – активное сопротивление цепи, – индуктивное сопротивление цепи, L – индуктивность соленоида, – циклическая частота переменного тока, – частота тока.

Индуктивность контура характеризует свойство контура создавать собственное потокосцепление и численно равна магнитному потоку , сцепленному с контуром, при единичном токе в нём

. (14.5)

Она зависит от размеров и формы контура, а также от магнитной проницаемости среды , окружающей контур. Например, величина индуктивности длинного соленоида



, (14.6)

где 0 – магнитная постоянная; N – число витков соленоида; S – площадь сечения сердечника соленоида; l – длина средней осевой линии сердечника.

Индуктивность соленоида с ферритовым сердечником зависит ещё и от тока I, протекающего в обмотке. Это следует из того, что магнитная проницаемость ферритов  зависит от напряжённости H магнитного поля, которая определяется током в соленоиде

. (14.7)

Описание метода исследования

В данной работе измерение полного сопротивления цепи Z основано на измерении действующих значений переменного тока I и напряжения U. Согласно закону Ома (14.4),



. (14.8)

Как следует из формулы (14.4),



. (14.9)

В случае малого значения активного сопротивления (как правило, R << Z) полное сопротивление соленоида совпадает с индуктивным сопротивлением



. (14.10)

Это позволяет определить индуктивность по формуле



, (14.11)

измеряя сопротивление катушки переменному току известной частоты .

Напряжение, измеренное на обмотке соленоида, в соответствии с выражениями (14.8) и (14.10) зависит от частоты переменного тока:

. (14.12)

Зависимость , полученная при фиксированном значении тока I, по форме совпадает с зависимостью и является линейной, если индуктивность соленоида L постоянна (не зависит от частоты). Согласно формуле (14.6), это соответствует постоянному значению магнитной проницаемости , что характерно для пара- и диамагнитных сред.

Для соленоида с ферритовым сердечником, как было отмечено, индуктивность зависит от силы тока, протекающего в обмотке, т.е. зависимость (14.12) перестаёт быть линейной. Вид этой зависимости можно установить экспериментально, определяя индуктивное сопротивление соленоида при различных токах.

Таким образом, измеряя напряжение на обмотке соленоида при протекании переменного тока различной частоты (при фиксированной величине действующего значения I), можно экспериментально определить индуктивность соленоида и её частотную зависимость, а также её зависимость от величины переменного тока.


Описание установки

Оборудование: миниблок «Катушка с сердечником», генератор сигналов специальной формы, мультиметры.
Э

лектрическая схема установки показана на рис. 14.1, монтажная – на рис. 14.2. Миниблок «Катушка с сердечником» представляет собой каркас, на который намотано N витков провода. В каркас может вставляться сердечник. Катушку 4, имеющую индуктивность L и сопротивление R, и мультиметр 2, соединённые последовательно, подключают к генератору напряжений специальной формы 1. Напряжение на катушке измеряют мультиметром 3 с большим входным сопротивлением.

Рис. 14.1. Электрическая схема:

1 – генератор сигналов специальной формы; 2 – мультиметр (режим A ~ 20 mA, входы COM, mA); 3 – мультиметр (режим V ~ 20 В, входы COM, V); 4 – миниблок «Катушка с сердечником» с индуктивностью L, сопротивлением R





Рис. 14.2. Монтажная схема:

обозначения 2, 3, 4 – см. рис. 14.1



Выполнение работы

Задание 1

Исследование зависимости индуктивности катушки

с ферритовым сердечником от частоты

1. С помощью мультиметра 2 измерить сопротивление R катушки и записать его в табл. 14.2 (см. бланк отчёта).

2. Собрать электрическую цепь по монтажной схеме, приведённой на рис. 14.2, подключив катушку с сердечником. Установить режимы работы мультиметров (рис. 14.1).

3. Включить в сеть блоки генераторов напряжения и мультиметров. Нажать кнопку «Исходная установка».

4. Кнопками «Установка частоты 0,2 – 20 кГц» установить частоту 0,2 кГц. С помощью кнопок «Установка уровня выхода 0 … +15 В» установить значение тока в цепи в пределах от 2 до 5 мА. При этом фиксированном значении тока, увеличивая частоту тока, измерить и записать в табл. 14.2 для каждого значения  напряжение U на катушке. Измерения производить до тех пор, пока напряжение не увеличится в 2 – 3 раза.

Внимание. По мере изменения частоты следует поддерживать заданный ток I, регулируя его величину кнопками «Установка уровня выхода 0 ... +15 В», а для большей точности поддержания тока можно немного варьировать частотой относительно выбранного значения.

Задание 2

Исследование зависимости индуктивности катушки

с ферритовым сердечником от тока

1. Использовать ту же электрическую цепь, что и в задании 1.

2. Установить частоту в диапазоне 0,2 – 0,3 кГц.

3. Изменяя ток кнопками «Установка уровня выхода 0 … +15 В» от


1 мА до 5 мА, для каждого тока записать в табл. 14.3 (см. бланк отчёта) напряжение U на катушке. Число измерений должно быть не менее 15 – 20.

4. Выключить блоки генераторов напряжения и мультиметров.



Обработка результатов измерений

1. Вычислить полное сопротивление переменному току Z по формуле (14.8) и индуктивность L по формуле (14.11). Сравнивая R и Z, убедитесь в справедливости приближения R << Z.

2. Построить график зависимости . Провести прямую наилучшего соответствия.

3. Построить график зависимости . Сделать выводы о зависимости индуктивности катушки с сердечником от частоты и величины переменного тока.

4. Оформить отчёт о выполнении работы в соответствии с прилагаемым образцом.

ОТЧЁТ


по лабораторной работе

«Изучение вынужденных электрических колебаний в контуре,

содержащем катушку индуктивности с ферритовым сердечником»

Исполнитель: студент(ка) гр._____



Цель работы: ....

Краткое описание метода исследования: ....

Расчётные формулы: (объяснить входящие в формулы физические величины и указать их наименование в СИ)….

Оборудование: ....

Средства измерений и их характеристики

Таблица 14.1


Прибор

Относительная погрешность

(в % от измеренного значения)



Амперметр (2)

1,0 %

Вольтметр (3)

1,0 %



Результаты измерений


Таблица 14.2

R=… Ом I = … мА

, кГц

U, В

Z, Ом

L, Гн

0,20

































Lср= … Гн

Таблица 14.3



 = … кГц

I, мА

U, В

Z, Ом

L, Гн

1,0






























Р
Написать формулу, показать расчёт

и записать результат!
асчеты

1. Z = … = … = … Ом. (Показать один расчёт)

2. L = … = … = … Гн.

3. Вывод.



Примечание. Построенные согласно табл. 14.2 и 14.3 графики зависимостей и прилагаются к отчёту.




Каталог: lit
lit -> Синдром эмоционального выгорания 612. 8: 616. 012. 043: 615. 5 В161 Вальдман, А. В
lit -> Атеросклероз: стратификация индивидуального риска, первичная и вторичная профилактика, выбор лечения. Системный обзор ингибиторов гмг-коА-редуктазы (статинов)
lit -> Острый панкреатит
lit -> Фибрилляция предсердий: диагностика, особенности клинического течения, лечение и прогноз
lit -> Книга «Три пользы»
lit -> Сатьянанда Сарасвати Древние тантрические техники йоги и крийи. Продвинутый курс
lit -> Как заставить наркомана или алкоголика лечиться
lit -> Кардиология сегодня
lit -> Паразитология и паразитарные болезни Книги 57+612 05(075. 32) А441 Акуленко, Л. В


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница