- •Кафедра «Общая и теоретическая физика»
- •1. Цель работы
- •2. Приборы и принадлежности
- •3. Краткие теоретические сведения
- •3.1. Основные понятия, законы и формулы
- •3.2. Вывод расчётной формулы
- •4. Описание экспериментальной установки
- •2. Описание панелей управления приборов.
- •5. Программа эксперимента (порядок выполнения работы)
3.2. Вывод расчётной формулы
Установка состоит из двух электрически изолированных контуров: в первый контур входят генератор стандартных сигналов ГСС, катушка , резистори, подключенный параллельно к нему цифровой вольтметр; во второйкатушкаи осциллограф.
ГСС генерирует в первом контуре переменное напряжение , которое можно менять по частотеи амплитудеи, следовательно, через первую катушку проходит переменный электрический ток, который индуцирует в ней переменный магнитный поток. Катушкиинаходятся на близком расстоянии, поэтому магнитный поток будет пронизывать и вторую катушку. Согласно закона взаимной индукции, ЭДС индукции во второй катушке будет равна
|
, |
(1) |
где коэффициент взаимной индукции,амплитуда силы тока в первой катушке,сопротивление переменному току,коэффициент индуктивности, соответственно, первой катушки,циклическая частота,частота переменного тока.
Из представленных формул следует, что амплитуда силы тока в катушке является величиной зависящей от частоты подаваемого тока, что является не желательным при выполнении данной работы, поэтому последовательно к катушке подключен резистор, который обладает только активным сопротивлением. По двум последовательно соединенным элементам, как известно, протекает одинаковый ток, поэтому цифровой вольтметр подключен к резистору, следовательно,амплитуда силы тока на резисторе и, соответственно, в первой катушке,сопротивление резистора,амплитуда напряжения на резисторе.
ЭДС индукции во второй катушке подчиняется также гармоническому закону
|
, |
(2) |
где амплитуда ЭДС индукции во второй катушке.
Сопоставляя формулы (1) и (2), получим
|
. |
(3) |
В данной формуле величины: , являются постоянными, поэтому из (3) следует прямо пропорциональная зависимость между амплитудой ЭДС индукции во второй катушке и частотой переменного тока подаваемого на первую катушку.
Формула для расчёта коэффициента взаимной индукции следует (3)
|
. |
(4) |
Величина коэффициента взаимной индукции, в силу выше сказанного, остаётся постоянной при неизменном расположении катушек.
При выполнении лабораторной работы при фиксированном расстоянии между катушками, на катушку подаются переменные токи с частотамии, при этом на экране осциллографа фиксируются два амплитудных значения ЭДС индукциии, т.е.
|
(5) |
Следовательно,
|
. |
(6) |
Амплитудное значение ЭДС индукции вычисляется по формуле
|
, |
(7) |
где амплитудное значение синусоиды на экране осциллографа в сантиметрах,калибровочный множитель, определяемый по показанию рукоятки регулировки калибровки18 (рис. 3),.
Расчётная формула, в итоге, примет вид
|
. |
(8) |
4. Описание экспериментальной установки
1. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3.Общий вид установки представлен на фотографии,рис. 5.
На дюралевой скамье с метрической линейкой расположены две катушки: первичная катушка зафиксирована, а вторичную катушкуможно перемещать вдоль стержня, изменяя тем самым расстояние между катушками и, следовательно, меняя коэффициент взаимной индукции.
Последовательно к подключён резистор, с которого с помощью цифрового вольтметра снимаются амплитудные значения переменного напряжения. На первичную катушку подаётся синусоидальный переменный ток с генератора стандартных сигналов ГСС. На вторичной катушке генерируется переменная ЭДС индукции, которая выводится на экран осциллографа.