Описание экспериментальной установки

У становка (рис. 2) содержит лабораторный автотрансфор­матор ЛАТР, питающий переменным током замкнутый соленоид, число витков которого можно менять в пределах от 240 до 120.

Лабораторный автотранс­форматор позволяет регу­лировать напряжение, по­даваемое на соленоид, значит и силу тока в его обмотке.

Измерив силу то­ка и напряжение, по закону Ома вычисляют полное сопротивление соленоида переменному току

.

С другой стороны полное сопротивле­ние выражается формулой

,

где индуктивное сопротивление, циклическая частота тока, Гц - линейная частота сетевого тока, - активное (омическое) со­противление обмотки. Зная , и можно вычислить индуктив­ность L.

В лабораторной установке соленоид имеет железный сер­дечник. Поэтому, выполняя работу, необходимо поддерживать постоянную напряженность магнитного поля в сердеч­нике. Вести измерения таким образом, чтобы произведение NI, называемое числом ампер - витков, было постоянным. Этим обеспечивают одинаковое, эффективное значение относительной магнитной проницаемости во всех измерениях.

Проведение измерений

1. Составить таблицу для записи 8... 12 значений N, I, U, Z, R, L, ln N, ln L.

2. Проверив, что тумблеры СЕТЬ и СОЛЕНОИД выключены, включают вилку установки в розетку, затем включают тумблер СЕТЬ и поворачивают рукоятку ЛАТР против часовой стрелки до упора, чтобы вольтметр показал отсутствие напряжения.

3. Ставят регулятор числа витков на вит­ков, включают тумблер СОЛЕНОИД и рукояткой ЛАТР посте­пенно повышают напряжение до такой величины, чтобы ток I₁ находился в интервале 0,4…0,6 А. Значения N₁ и I₁ согласовывают с преподавателем.

4. Вычисляют произведение N₁I₁, и составляют план дальнейше­го эксперимента. Задают другие значения числа витков (через 20) и вычисляют для каждого числа витков, какую силу тока надо создать в соленоиде, чтобы . Bсe значения N_i и I_i заносят в таблицу. При проведении измерений си­ла тока не должна превышать 1А.

5. Реализуют план эксперимента, подбирая и записывая такие напряжения, которые обеспечивают рассчитанные силы тока.

6. Вычисляют значения сопротивлений Z по закону Ома и для контроля качества результатов строят вспомогательный график зависимости Z от N. Измерения считаются удовлетворительными, если все 8 ... 12 точек ложатся на слабо прогнутую плавную кривую.

Обработка результатов

По значениям вычисляют значения индуктивности L. Ак­тивное сопротивление всех витков обмотки R = NR₀, где Ом — сопротивление одного витка. Если Z >> R, то вели­чиной R пренебрегают.

Теоретически для идеального соленоида L ~ N². Поэтому полагают, что и для реального соле­ноида L ~ N^x. Чтобы проверить эту математическую гипотезу и определить показатель степени x, используют логарифмирование: ln L ~ x ln N. Если график зависимости ln L от ln N получается прямолинейным, то математическая гипотеза принимается.

П ока­затель степени x - определяют как угловой коэффициент прямой: . Значения и берут из построен­ного графика, как показано на рис. 3. Найденное значение x сравни­вают с теоретическим значени­ем "2" и вычисляют отличия в процентах. Причина отклоне­ния- не учитываемый поток рассеяния.

Для более коррект­ного определения x по заданию преподавателя используют ме­тод наименьших квадратов.