2. Описание методики измерений

В данной работе изучается коэффициент взаимной индукции между длинной катушкой 1 и короткой катушкой 2, которая надевается на катушку 1 и может перемещаться вдоль ее оси. Питание одной из катушек, например 1, осуществляется от генератора звуковой частоты PQ, напряжение с которого

U=U_ocost (5)

подается через сопротивление R. Вольтметр, расположенный на панели PQ, измеряет действующие значения напряжения .R выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство

(6)

где L₁ – индуктивность катушки 1; R₁ - ее активное сопротивление.

В этом случае ток, протекающий через катушку 1, можно определить по формуле

. (7)

Переменный ток в катушке 1 создает переменную ЭДС взаимной индукции в катушке 2:

ε. (8)

Для измерения ε₂ используется осциллограф. Амплитуда ЭДС взаимной индукции

ε, (9)

где ν - частота звукового генератора.

Из (9) имеем

M₂₁= ε₀₂R/2νU₀. (10)

Если поменять местами катушки 1 и 2, то можно измерить

M₁₂= ε ₀₁R/2νU₀. (11)

Рис. 2

Для перестановки катушек необходимо переключатели П₁ и П₂ перебросить в противоположное положение (рис.2).

2. Приборы и принадлежности

1) Звуковой генератор (PQ).

2) Электронный осциллограф (РО).

3) L₁, L₂ – две катушки индуктивности на одной оси и Ш - шток со шкалой, показывающей взаимное расположение катушек L₁ и L₂ (кассета ФПЭ-05).

2. Порядок выполнения работы

Для измерения коэффициентов взаимной индукции М₂₁ и М₁₂ и исследования их зависимости от взаимного расположения катушек необходимо:

1) Собрать схему, изображенную на рис.2.

2. Ознакомиться с работой электронного осциллографа и звукового генератора.

3. Задать напряжение и частоту ν сигнала генератора (по указанию преподавателя U_д = 6…9 B, ν=1кГц), подать напряжение на катушку 1 (с помощью переключателя П₁), а ЭДС катушки 2 подать на осциллограф (с помощью переключателя П₂).

4. Установить подвижную катушку 2 в крайнее положение. Перемещая ее в противоположное крайнее положение через 1 см, записывать значение ЭДС взаимной индукции в цепи катушки 2. Метод измерения ЭДС с помощью электронного осциллографа описан в приложении к лабораторной работе.

5. По формуле (10) рассчитать значение М₂₁ (принять R=10⁴ Ом). Полученные данные занести в табл.1.

6. Поменяв местами катушки L₁ и L₂ (с помощью переключателей П₁ и П₂), повторить измерения по пп.2, 3 и рассчитать М₁₂.

7. Построить графики зависимости М₂₁ и М₁₂ как функции координаты z (расстояние между центрами катушек 1 и 2).

Таблица 1

Uд= … В v =… Гц
z см	ε02		М21 Гн	ε01		М12 Гн
	дел.	В		дел.	В

Для измерения М₂₁ при различных значениях амплитуды питающего напряжения необходимо:

1. Поставить катушку 2 в среднее положение относительно катушки 1.

2. Задать частоту питающего генератора по указанию преподавателя (например 10⁴ Гц).

3. Измерить 3…5 раз амплитуду ЭДС взаимной индукции ε₀₂ при различных значениях напряжения U_д в цепи катушки 1 в интервале 3-9 В через 1 В.

4. По формуле (10) рассчитать М₂₁. Полученные данные занести в табл.2.

Таблица 2

ν = … Гц R = 10^4Ом
Uд, В
ε02, В
М21, Гн

Для измерения М₂₁ при различных частотах питающего напряжения необходимо:

1. Поставить катушку 2 в среднее положение относительно катушки 1.

2. Задать амплитуду напряжения генератора по указанию преподавателя (например 9 В).

3. Измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции ε₀₂ при различных частотах звукового генератора от 0,5 до 10 кГц (не менее 3 значений).

4. По формуле (10) рассчитать М₂₁. Полученные данные занести в табл.3.

Таблица 3

Uд= … В R=10^4Ом
ν, Гц
ε02, В
М21, Гн

5. Для одного из полученных значений М₂₁ рассчитать абсолютную и относительную погрешности М₂₁ и М₂₁/М₂₁.

2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сформулируйте закон электромагнитной индукции Фарадея и правило Ленца.

2. В чем состоит явление взаимной индукции?

3. Чему равно ЭДС взаимной индукции двух контуров?

4. От чего зависит коэффициент взаимной индукции?

5. Объясните график зависимости М₂₁=ν (z) , полученный в данной работе.