Elektromagnetizm_Optika_2006

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ Г.И.НОСОВА»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

ОПТИКА

Инструкции по выполнению лабораторных работ

МАГНИТОГОРСК

2006

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №27

Изучение резонанса напряжений и определение индуктивности методом резонанса

В данной лабораторной работе исследуются вынужденные электрические колебания в резонансном контуре, состоящем из включенных последовательно катушки индуктивности L, конденсатора емкости C, активного сопротивления R (рис.27.1).

то сопротивление Z будет наименьшим, а ток в цепи максимальным. Это явление называется резонансом напряжений.

Из формулы (4) резонансная частота

Сдвиг фаз между током и напряжением в условии резонанса напряжений равен 0.

Кривую зависимости амплитуды тока от частоты внешней ЭДС называют резонансной кривой.

На рис.27.2 представлены резонансные кривые при различных активных сопротивлениях контура.

Рис. 27.2

Порядок выполнения работы

1.Соберите электрическую цепь по схеме (рис.27.1)

2.Включите установку в сеть с напряжением 220В.

3.Установите движок реостата в любом положении.

4.Изменяя емкость С, снимите зависимость силы тока в цепи от емкости.

5.Аналогичные измерения проведите для 2-х других значений R (при 2-х других положениях движка реостата).

6.Данные результатов измерений занесите в рабочую тетрадь в таблицу 1.

7.По результатам измерений постройте семейство кривых зависимости силы тока I от емкости С при постоянном R.

8.По графику (рис.27.3) найдите емкость С0, при которой наступает резонанс напряжений.

9.Вычислите индуктивность катушки, используя формулу (4):

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №28

Определение индуктивности катушки и магнитной проницаемости ферромагнитного тела

Методика эксперимента

При прохождении электрического тока по катушке, содержащей N

где Ф – магнитный поток, пронизывающий плоскость одного витка. Т.к. магнитный поток пропорционален силе тока I в контуре, то и потоко сцепление пропорционально силе тока I. Величину, связывающую и I, называют индуктивностью контура L, т.е.

индуктивность L=const и зависит только от формы и размеров контура. Если контур находится в ферромагнитной среде, то индуктивность будет ещѐ зависеть от магнитной проницаемости ферромагнетика.

Рассмотрим цепь, содержащую катушку с активным сопротивлением R и индуктивностью L (рис.28.1).

R,L

где 2 f - циклическая частота переменного тока, то в цепи кроме

где - сдвиг фаз между током и сторонней э.д.с., действующей в цепи, появляется э.д.с. самоиндукции

Закон Кирхгофа для данной цепи будет иметь вид:

называется полным сопротивлением цепи, содержащей активное R и индуктивное L сопротивления.

Из формулы (9) следует, что зная полное и активное сопротивления контура, можно определить его индуктивность по формуле:

Изменяя свойства контура, можно проследить как будет изменяться индуктивность.

Задание 1. Определение индуктивности контура.

Схема электрической цепи.

f

R,L

e

Рис.28.3

Порядок выполнения задания

1.Соберите электрическую цепь по схеме рис.28.3 включив между точками f и e катушку без сердечника – элемент а.

2.Определите для электроизмерительных приборов, используемых в данном задании, их систему, класс точности, цену деления, ошибку измерения. Данные занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

3.Подключите собранную схему к источнику постоянного напряжения.

4.Снимите показания амперметра и вольтметра при трѐх различных положениях движка реостата. Результаты занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

5.Рассчитайте активное сопротивление по формуле R UI и среднее

значение R . Результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

6.Подключите собранную схему к источнику переменного напряжения и повторите пункт 4. Проследите, чтобы все электроизмерительные приборы были рассчитаны на переменный ток.

7.Рассчитайте полное сопротивление по формуле Z UR и среднее значение Z . Результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

8.Наденьте катушку на сердечник (электрическая схема рис.28.3 – между точками f и e подключен элемент б). Снимите показания амперметра и вольтметра.

9.Результаты занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

10.Рассчитайте Z и результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

11.Замкните сердечник (электрическая схема рис.3 – между точками f и e подключен элемент в). Снимите показания амперметра и вольтметра.

12.Рассчитайте Z и результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

13.Рассчитайте индуктивность по формуле (10) для разных режимов и результаты занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

14.Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы.

Задание 2.

Определение магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника в постоянном магнитном поле.

Методика эксперимента

Магнитная проницаемость является характеристикой сердечника. При постоянном токе индукция магнитного поля В в сердечнике связана с напряжѐнностью поля Н соотношением:

ферромагнетиков существуют графики зависимости В от Н. Для электротехнической стали, из которой набран сердечник, график представлен на рис.28.4.

В, Тл

Н, А/м

Рис. 28.4

График зависимости В от Н для электротехнической стали

Зная Н и пользуясь этим графиком, можно найти В, а из формулы (11) определить .

Порядок выполнения задания

1.Соберите электрическую цепь по схеме рис.28.3 (между точками f и e подключен элемент в) Подключите еѐ к источнику постоянного напряжения.

2.Снимите 5 – 6 показаний тока при различных положениях движка реостата. Данные занесите в таблицу 4 рабочей тетради.

3.Занесите в таблицу 5 рабочей тетради параметры катушки.

4.Рассчитайте напряжѐнность Н по формуле (12) и по графику на рис.4 найдите соответствующие значения индукции В.

5.Рассчитайте магнитную проницаемость по формуле (14). Результаты расчѐтов занесите в таблицу 5.

6.Постройте график зависимости от Н. Сопоставьте Ваш график с теоретическими данными и сделайте вывод.

Задание 3.

Определение магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника в переменном магнитном поле.

Методика эксперимента

При переменном токе магнитный поток Ф и напряжѐнность магнитного поля Н изменяются, поэтому магнитная проницаемость тоже меняется. Обычно, чтобы оценить магнитную проницаемость, рассчитывают

амплитудное значение амп по амплитудным значениям В0 и Н0. H0 I0 n ,

где I0 – амплитудное значение силы тока. Электроизмерительные приборы дают действующие значения измеряемых величин. Амплитудные значения

где Z UI - полное сопротивление контура, ср – длина средней силовой

линии замкнутого контура, f=50Гц – частота переменного тока, N – число витков в катушке, S – площадь сечения ферромагнитного сердечника.

Порядок выполнения задания.

1.Соберите электрическую цепь по схеме рис. 28.3 (между точками f и e подключен элемент в). Подключите еѐ к источнику переменного напряжения.

2.Меняя положение движка реостата, снимите 5-6 действующих значений тока и напряжения. Данные занесите в таблицу 6 рабочей тетради.

3.Занесите в таблицу 7 рабочей тетради параметры катушки.

4.Рассчитайте Z UI , амп по формуле (16) и Н0 по формуле (15). Данные

расчѐтов занесите в таблицу 7.

5. Постройте график зависимости амп от Н0. Сопоставьте Ваш график с теоретическим и сделайте вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №32 Определение радиуса кривизны линзы и полосы пропускания

светофильтра с помощью колец Ньютона

Цель работы: изучение явления интерференции и условий его наблюдения; проведение измерений интерферометрическим методом.

Методика эксперимента

Экспериментальная установка состоит из плоско-выпуклой линзы L большого радиуса кривизны, лежащей на плоской поверхности стеклянной пластинки Q, осветителя S, микроскопа M и набора светофильтров F

(рис.32.1).

При освещении линзы монохроматическим светом световые волны, отраженные от верхней и нижней границ воздушного клина с малой толщиной d, образованного линзой и пластинкой, интерферируют (рис.32.2). При этом в отраженном свете в центре наблюдается тѐмное пятно, окруженное рядом концентрических светлых и тѐмных колец («кольца Ньютона»).

освещение осуществляется лучами, перпендикулярными поверхности линзы. Из OCB по теореме Пифагора