- •Физика Электричество. Волновая оптика Комплекс к-303.2.Иэ
- •Кемерово 2009 содержание
- •Введение
- •1. Электроизмерительные приборы
- •1.1. Системы электроизмерительных приборов
- •1.2. Многопредельные электроизмерительные приборы
- •1.3. Правила пользования многопредельным прибором
- •2. Лабораторная работа №1 изучение квазистатических электрических полей
- •1. Цель работы
- •2. Подготовка к работе
- •3. Выполнение работы
- •3.1. Описание лабораторной установки
- •3 .2. Методика измерений
- •3.3. Подготовка установки к работе
- •3.4. Изучение электрического поля между двумя коаксиальными цилиндрами
- •3.5. Изучение электрического поля между цилиндром и проводящей плоскостью
- •3. Лабораторная работа № 2 Определение удельного сопротивления резистивного провода
- •3.2. Методика измерений и расчёта
- •3.3. Погрешности измерений
- •3.4. Подготовка установки к работе
- •3.5. Определение сопротивления провода по схеме (I)
- •3.6. Определение сопротивления провода по схеме (II)
- •3.7. Определение удельного сопротивления провода
- •4. Лабораторная работа № 3 определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля земли
- •3.2. Методика измерений и расчёта
- •3.3. Подготовка установки к работе
- •3.4. Произвольное положение витка с током
- •5. Лабораторная работа № 4 определение индуктивности катушки
- •3.3. Определение омического сопротивления катушки r
- •3.4. Определение полного сопротивления катушки в цепи переменного тока Zк
- •6. Лабораторная работа № 5 определение показателя преломления стекла интерференционным методом
- •7. Лабораторная работа № 6
- •3.2. Методика измерений и расчёта
- •3.3. Измерение основных характеристик дифракционной решетки
- •8. Лабораторная работа № 7 изучение закона малюса
- •3.2. Порядок выполнение измерений и расчётов
- •9. Вопросы для самоподготовки
- •10. Список литературы
- •Составители
- •Физика Электричество. Волновая оптика Комплекс к-303.2.Иэ
5. Лабораторная работа № 4 определение индуктивности катушки
1. Цель работы
Освоить экспериментальный метод определения индуктивности катушки.
2. Подготовка к работе
Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 60–62, 64; [2] §§ 25.1, 25.2; [3] §§ 122, 123, 126. Для выполнения работы студент должен: а) знать законы постоянного тока; фазовые соотношения в цепях переменного тока; закон электромагнитной индукции; б) уметь пользоваться электроизмерительными приборами; в) уметь рассчитывать погрешности электрических измерений.
3. Выполнение работы
3.1. Описание лабораторной установки
П ринципиальная электрическая схема установки для определения параметров катушки в цепях переменного и постоянного
тока показаны на рис. 5.1 а, б. Основные элементы электрической цепи: источник питания, реостат, амперметр, вольтметр, исследуемая катушка с сердечником.
3.2. Методика измерений и расчёта
Подключим катушку индуктивности к источнику переменной ЭДС, изменяющейся по гармоническому закону. Электрическая схема такой цепи представлена на рис. 5.2.
П усть ЭДС источника изменяется по гармоническому закону:
, (5.1)
где – мгновенное и амплитудное (максимальное) значения ЭДС источника, соответственно; – циклическая (или круговая) частота.
Стрелкой обозначено положительное направление тока в цепи, а – его мгновенное значение. Поскольку размеры цепи много меньше 100 км, то ток промышленной частоты ( ) можно считать квазистационарным. Тогда для мгновенных значений тока должны выполняться законы Ома и Кирхгофа. Согласно обобщённому закону Ома для замкнутой цепи для мгновенных значений будем иметь:
, (5.2)
где R – омическое сопротивление. Подставляя в (5.2) выражение для – ЭДС источника (5.1) и – ЭДС самоиндукции, получим:
. (5.3)
Последнее соотношение представляет собой дифференциальное уравнение первого порядка относительно тока . Решение данного уравнения запишем в виде
, (5.4)
где , Imax – мгновенное и амплитудное значения силы переменного тока в цепи, соответственно; – угол сдвига фаз между ЭДС источника и током.
Подставим (5.4) в (5.3) и получим:
,
или (5.5)
Поскольку это равенство является тождеством, т. е. оно должно выполняться в любой момент времени , то коэффициенты при и в левой части и в правой части уравнения должны быть равны. Тогда
; (5.6)
. (5.7)
Из формул (5.6) и (5.7) следует
(5.8)
Чтобы найти , возведем оба уравнения в квадрат и сложим, получим
. (5.9)
Выражение (5.9) представляет собой закон Ома для амплитудных значений тока и ЭДС, а выражение, стоящее в знаменателе, представляет собой модуль полного сопротивления электрической цепи Z, изображённой на схеме (см. рис. 5.2):
. (5.10)
где – активное сопротивление катушки.