Визначення індуктивності котушки методом вольт-амперметра

Мета роботи: визначити індуктивність котушки методом вольтамперметра.

Прилади та обладнання: джерело струму, амперметр, вольтметр змінного струму, реостат, котушка індуктивності, омметр, ключ, залізне осердя.

Теоретичні відомості

 

Дослідним шляхом доведено, що при русі контуру в магнітному полі або при знаходженні нерухомого контуру в змінному за часом магнітному полі у контурі виникає електричний струм.

Струм, який виникає в замкненому контурі, вміщеному у змінне магнітне поле, називають індукційним, а саме явище виникнення струму в змінному магнітному полі - електромагнітною індукцією.

Явище електромагнітної індукції відкрив Фарадей. Воно полягає а тому, що в замкненому контурі при зміні магнітного потоку Ф, який проходить через площину, обмежену контуром, виникає ЕРС індукції . Дослідження індуктивного струму в контурах різної форми й розмірів дали змогу Фарадею сформулювати закон: ЕРС електромагнітної індукції у контурі пропорційна швидкості зміни магнітного потоку Ф через поверхню, обмежену цим контуром:

~ .

Напрям індукційного струму визначається за законом (правилом) Ленца. Згідно з цим правилом індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрям, що створюваний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм.

Закони Фарадея і Ленца можна об'єднати в єдиний закон електромагнітної індукції

~ - . (1)

ЕРС індукції в замкненому контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через площу, обмежену контуром, і протилежна їй за знаком.

Знак "-" у (1) показує, що ЕРС індукції напрямлена так, що магнітне поле індукційного струму перешкоджає зміні потоку магнітної індукції.

Самоіндукцією називають виникнення ЕРС індукції у провіднику, в якому змінюється сила струму. Магнітний потік самоіндукції, що перетинає поверхню, обмежену контуром зі струмом, пропорційний струму в контурі , де L - коефіцієнт самоіндукції, або індуктивність контуру, що залежить від форми контуру, його розмірів і відносної магнітної проникності середовища, в якому він знаходиться.

Одиницею індуктивності є Генрі (Гн) - індуктивність такого контуру, магнітний потік самоіндукції якого при струмі 1А становить 1 вебер (Вб): 1Гн = 1 Вб/А.

Виходячи з основного закону електромагнітної індукції, при зміні струму в контурі виникає ЕРС самоіндукції:

(2)

Знак "-" у (2) означає, що при зростанні струму ЕРС самоіндукції напрямлена проти струму, і, навпаки, при зменшені струму ЕРС самоіндукції підтримує струм, напрямлена по струму.

Вимірювання індуктивності котушки базуються на тому, що котушка має опір змінному струму :

, (3)

де R - активний опір;

- реактивний опір котушки змінному струму:

- циклічна частота змінного струму.

Тоді з (3) дістанемо формулу для обчислення індуктивності котушки по виміряному значенню повного і активного опорів котушки змінному струму:

. (4)

Порядок виконання роботи

Рис. 250.1

 

1. Зібрати схему згідно з рис. 250.1, яка складається з послідовно з'єднаних амперметра А, котушки індуктивності L, реостата R. Паралельно котушці ввімкнено вольтметр V, ключ К. Схема включається в мережу напругою 220 В після перевірки її викладачем.

2. Значення активного опору котушки індуктивності вказане на котушці.

3. Замкнути ключем коло і виміряти силу струму для трьох різних значень напруги на кінцях котушки, змінюючи струм реостатом. Дані вимірювань записати до таблиці 250.1.

 

Таблиця 250.1

R_акт = ___ Ом; (R₁=_____ Ом; R₂=_____ Ом; R₃=_____ Ом)

№

Без осердя

З осердям

U, B

I, A

Z, Ом

L, Гн

DL, Гн

ε, %

U, B

I, A

Z, Ом

L, Гн

DL, Гн

ε, %

Сер.

4. Обчислити повний опір Z котушки та її індуктивність за формулою (4).

5. Визначити похибки вимірювань індуктивності котушки.

6. Помістити залізне осердя в котушку, виконуючи пп. 3-4, визначити індуктивність котушки з осердям. Результати вимірювань і обчислень записати у таблицю.

Примітка. При виконанні роботи ключ К необхідно тримати розімкнутим, умикаючи тільки на момент вимірювань показів приладів, оскільки котушка при проходженні по ній струму нагрівається і її опір змінюється.

Контрольні запитання

 

1. У чому полягають явища електромагнітної індукції, самоіндукції?

2. Сформулюйте закон Фарадея-Ленца.

3. Який напрям індукційного струму?

4. Від яких величин залежить коефіцієнт самоіндукції? Які одиниці його вимірювання?

5. Від яких величин залежить індуктивний опір?

 

ДОДАТОК І

 

Таблиця питомих опорів деяких провідників при температурі 20⁰С

 

Речовина	Питомий опір, Ом∙м	Речовина	Питомий опір, Ом∙м
Алюміній	2,8∙10^-8	Ніхром	1,12∙10^-6
Вольфрам	5,5∙10^-8	Олово	1,2∙10^-7
Графіт	8,0∙10^-6	Платина	1,07∙10^-7
Залізо	1,0∙10^-7	Ртуть	9,6∙10^-7
Золото	2,2∙10^-8	Свинець	2,08∙10^-7
Іридій	4,74∙10^-8	Сірий чугун	1,0∙10^-6
Магній	4,4∙10^-8	Срібло	1,6∙10^-8
Мідь	1,78∙10^-8	Сталь	1,3∙10^-7
Молібден	5,4∙10^-8	Цинк	5,9∙10^-8
Нікель	8,7∙10^-8

 

ЗМІСТ

Лабораторна робота № 201.

ВИВЧЕННЯ ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ …….………………4

Лабораторна робота № 221.

ДОСЛІДЕННЯ КОРИСНОЇ ПОТУЖНОСТІ ТА ККД СИСТЕМИ електроживлення ………………………………………………..……………8

Лабораторна робота № 222.

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ОПОРУ ПРОВІДНИКІВ МЕТОДОМ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ………………………………………12

Лабораторна робота № 230.

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРЬОХЕЛЕКТРОДНОЇ ЛАМПИ ……………17

Лабораторна робота № 240.

ВИЗНАЧЕННЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЇ СКЛАДОВОЇ НАПРУЖЕНОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛІ …………………………………………………..…21

Лабораторна робота № 242.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ В ЗМІННИХ МАГНІТНИХ ПОЛЯХ ………………………………………………………………25

Лабораторна робота № 250.