5,27к

Лабораторная работа № 5.27к

Явление взаимной индукции

Цель работы: ознакомиться с явлением взаимной индукции, определить эффективную ЭДС взаимной индукции.

Работа выполняется на ЭВМ.

Краткие теоретические сведения

Явление электромагнитной индукции (ЭМИ) заключается в возникновении в проводящем контуре электродвижущей силы индукции (ЭДС индукции) при всяком изменении потока магнитной индукции Ф, сцепленного с поверхностью, опирающейся на контур, что является потокосцеплением . Величина ЭДС индукции  определяется по формуле:

 = – d/dt (1)

Один из примеров проявления ЭМИ – явление взаимной индукции. Взаимной индукцией называется такой случай ЭМИ, когда при изменении тока в одном контуре в другом контуре, имеющем с первым контуром магнитную связь, возникает электродвижущая сила (ЭДС взаимной индукции). Контуры в этом случае неподвижны, а во времени изменяются магнитные поля.

Электрическая схема установки приведена на рис.1. Первый контур представляет собой многовитковый круговой контур с числом витков N₁ радиусом R₁. Второй контур, выполненный в виде зонда, имеет число витков N₂ радиусом R₂, причем R₂  R₁. Контуры расположены соосно.

При выполнении условия R₂  R₁ и небольшой толщины второго контура (зонда) магнитное поле В₁, создаваемое током первого контура I₁, в пределах зонда можно считать однородным. Индукция этого поля в соответствии с законом Вио-Савара в немагнитной среде

В₁ = N₁,

где ₀ – магнитная постоянная, х – расстояние между плоскостями контуров.

Потокосцепление с витками зонда равно

₂ = N₂В₁S₂ = N₂ N₁ R₂², (2)

где S₂ - площадь витка зонда.

Выражение для ЭДС взаимной индукции может быть найдено по формуле (1). Подставляя в нее выражение (2), получим:

₂ = – d₂ /dt = N₂ N₁ R₂² dI₁/dt

В лабораторной работе в качестве источника тока используется генератор переменного тока. Мгновенное значение силы тока в первой катушке

I₁ = I_1M cost,

где  = 2 – круговая частота переменного тока генератора;  – частота переменного тока.

Если перейти к эффективным значениям, которые показывают электроизмерительные приборы, получим

_{2 эф} = N₂ N₁ R₂² I_1эф .  (3)

Порядок выполнения работы

1. Открыть диалоговое окно, записать в таблицу 1 параметры установки.

2. Установить (по указанию преподавателя) эффективное значение силы тока I_1эф в первой катушке, значение I_1эф занести в таблицу 2.

3. Изменяя расстояние х между плоскостями контуров, измерить эффективное значение ЭДС взаимной индукции _{2 эф} при одинаковых значениях силы тока. Данные занести в таблицу 2.

Рекомендуемые значения расстояния х: от 0 до 20 см с шагом 5 см или от 20 до 80 см с шагом 10 см.

Таблица 1                             

	N1	N2	D1	d2
Гц	–	–	м	м

4. Проделать пункты 2 и 3 для другого значения силы тока I_1эф, отличающегося от первоначального значения на 3 – 4 мА. Результаты измерений занести в табл. 3.

5. Построить графики зависимости эффективной ЭДС _{2 эф}(x) от расстояния х. Сделать выводы по графикам.

Таблица 2                

I1 эф = ….. мА
№	1	2	3	4	5	….	11
х, м
2 эф, мВ

Таблица 3                

I1 эф = ….. мА
№	1	2	3	4	5	….	11
х, м
2 эф, мВ

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Сформулировать закон Фарадея для электромагнитной индукции.

2. Какова суть явлений взаимной индукции?

3. Дать понятие о потоке магнитной индукции и потокосцеплении.

4. Вывести формулу для ЭДС взаимной индукции для случая соосных контуров и гармонических колебаний.