- •Лабораторная работа № 2-24 Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны Введение
- •1 Теоретическая часть
- •2 Методика эксперимента и описание установки
- •2.1 Выбор методики эксперимента
- •2.2 Экспериментальная установка и требования к ее элементам
- •3 Экспериментальная часть
- •3.1 Правила техники безопасности при выполнении работы
- •3.2. Подготовка установки к работе
- •3.3 Задание 1. Исследование электростатического поля плоского конденсатора
- •3.3.1 Измерения:
- •3.3.2 Обработка результатов измерений:
- •3.4 Задание 2. Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора
- •3.4.2 Обработка результатов измерений:
- •Контрольные вопросы
- •Графическое дифференцирование
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа № 2-28
- •Экспериментальные исследования
- •Электромагнитной индукции
- •Введение
- •1 Теоретическая часть
- •1.1 Электромагнитная индукция
- •1.2 Взаимная индукция
- •1.3 Самоиндукция
- •2 Методика эксперимента и описание установки
- •3 Экспериментальная часть
- •3.1 Подготовка установки к работе
- •3.2 Исследование зависимости эдс индукции (взаимоиндукции) от частоты магнитного поля
- •Контрольные вопросы
- •Примеры решения задач
Лабораторная работа № 2-28
Экспериментальные исследования
Электромагнитной индукции
Введение
Явление электромагнитной индукции, открытое в 1831 г. М. Фарадеем, нашло широкое техническое применение. Оно лежит в основе всей современной электро- и радиотехники. Благодаря электромагнитной индукции (ЭМИ) происходит переход механической энергии в электрическую и, наоборот, электрической в механическую; трансформаторы преобразуют низкое напряжение в высокое и наоборот; возникают и распространяются радиоволны, свет, электромагнитные волны в различных линиях передачи. Переменные магнитные поля возбуждают в массивных проводниках индукционные токи Фуко, которые используются в металлургии для плавки металлов. Выход СВЧ-тока на поверхность проводника (скин-эффект), также связанный с ЭМИ, используется при поверхностной закалке деталей, его учитывают при конструировании СВЧ аппаратуры. В связи с этим экспериментальное изучение ЭМИ представляет значительный интерес.
Целью данной работы является экспериментальное изучение зависимости ЭДС индукции от ориентации контура в магнитном поле и от скорости изменения поля, измерение взаимной индукции двух катушек, индуктивности одной из них.
1 Теоретическая часть
1.1 Электромагнитная индукция
Рассмотрим контур, помещенный в магнитное поле с индукцией (рис.1). При всяком изменении магнитного потокачерез площадьSповерхности, ограниченной контуром, в последнем возникает ЭДС индукции
, (1.1)
где магнитный поток ;– проекция векторана нормальк площадке;– угол между векторамии.
Если контур образуется Nвитками проводника, вводится понятие потокосцепления, тогда (1.1) можно записать следующим образом:
. (1.1а)
Если магнитная индукция меняется по закону , где– амплитуда индукции,– круговая частота, а уголмежду векторамииодинаков на всей поверхностиS, то из уравнения (1.1а) следует, что
,
где
. (1.2)
В (1.2) – максимальное потокосцепление;.
1.2 Взаимная индукция
Рассмотрим два контура (рис.2), по одному из которых (контур1) течет ток, создающий магнитное поле с индукцией. Согласно закону Био – Савара – Лапласа, поэтому и потокосцеплениеконтура2в магнитном полепропорционально току:
, (1.3)
где – взаимная индуктивность. При изменении токав контуре2возникает ЭДС взаимоиндукции. Если контуры находятся в пара- или диамагнитной среде, их форма, размеры и взаимное расположение не изменяются с течением времени, то взаимная индуктивность. Тогда, подставляя выражение (1.3) в (1.1а), имеем:
. (1.4)
Если ток меняется по закону, где– амплитуда тока,– круговая частота, то из формулы (1.4) следует, что
,
где
. (1.5)
1.3 Самоиндукция
Рассмотрим одиночный контур (рис.3), по которому течет ток I, создающий магнитное поле с индукцией. Согласно закону Био – Савара – Лапласа, поэтому и потокосцепление контура, т.е. можно записать, что
, (1.6)
гдеL– индуктивность контура. При изменении токаIв контуре возникает ЭДС самоиндукции. Если контур находится в пара- или диамагнитной среде, его форма и размеры не изменяются с течением времени, то индуктивность. Подставляя выражение (1.6) в (1.1а), имеем:
. (1.7)
Если ток Iменяется по закону, где– амплитуда тока,– круговая частота, то из формулы (1.7) получаем:
,
где
, (1.8)
, (1.9)
– индуктивное сопротивление контура переменному (синусоидальному) току.