Вивчення явища взаємної індукції
ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА взаємний ІНДУКЦІЇ
Прилади: генератор Г3 - 112/1, осцилограф С1 - 117, касета з двома котушками ФПЕ - 05/06.
Мета роботи: вивчення явища взаємної індукції.
1. Явище електромагнітної індукції.
У 1831р. англійським ученим Фарадеєм було відкрито явище електромагнітної індукції: в замкнутому провідному контурі виникає індукційний струм при зміні числа магнітних ліній, які пронизують площу, обмежену контуром.
ЕРС індукції, що виникає в контурі, підкоряється закону Фарадея:
тобто залежить тільки від швидкості зміни потоку магнітної індукції Ф, що пронизує контур. За правилом Ленца індукційний струм має такий напрям, що його магнітне поле перешкоджає викликав його зміни магнітного потоку.
2. Явище самоіндукції.
Струм в замкнутому контурі створює навколо себе магнітне поле, і цей контур пронизує власний магнітний потік Ф, пропорційний струму в контурі:
L - коефіцієнт самоіндукції або індуктивність контуру, Гн.
При зміні струму i буде змінюється і магнітний потік, пов'язаний з контуром, тоді в контурі виникає ЕРС самоіндукції:
Якщо L = const, то = - L
Явище виникнення ЕРС індукції в тому самому контурі, по якому тече змінний струм, називається самоіндукцією.
3. Взаємна індукція.
Розглянемо два контури. Контур 1 приєднаний до джерела струму Е, за допомогою реостата R можна змінювати струм i1 в цьому контурі.
Струм i1 створює навколо себе магнітне поле, лінії індукції якого пронизують контур 2, замкнутий на гальванометр.
Ф21 - магнітний потік, що пронизує контур 2; Ф21
i1, Ф21 = М21i1. M21 називається коефіцієнтом взаємної індукції або взаємною індуктивністю двох контурів. Взаємна індуктивність двох контурів чисельно дорівнює магнітному потоку в другому контурі, коли струм в першому контурі дорівнює одиниці (1 А).
Одиниця взаємної індуктивності в системі СІ також носить назву Генрі (Гн)
М = 1 Гн, 1 Гн = ВС / А
Якщо пропустити струм i2 через другий контур, то тепер уже перший контур буде пронизувати магнітний потік Ф12. пропорційний току i2.
Взаємна індуктивність двох контурів залежить від форми, розмірів і взаємного розташування контурів, а також від магнітної проникності навколишнього контури середовища.
Якщо струм i1 буде змінюватися, то буде змінюватися і магнітний потік Ф21. тоді за законом електромагнітної індукції виникає ЕРС взаємної індукції в другому контурі:
(Якщо контури нерухомі і не деформуються, М = const). Я тичних виникнення ЕРС в одному з контурів при зміні сили струму в іншому називається взаємної індукцією.
Звідси - взаємна індуктивність двох контурів чисельно дорівнює ЕРС індукції, що виникає в одному з цих контурів, тоді струм в іншому контурі зменшується на одиницю за одиницю часу.
Ф21 = 2Ф, де Ф - магнітний потік черев виток 1; гальванометр покаже покидьок при зміні струму в ланцюзі першої котушки.
Витки другої котушки охоплюють першу в протилежних напрямках:
У другій котушці ЕРС індукції не виникає при зміні струму в ланцюзі, що використовується в біфіллярной намотуванні проводів, коли необхідно уникнути виникнення паразитних індукційних струмів.
На практиці явище взаємної індукції застосовується в трансформаторах.
Дві котушки, намотані на загальний сталевий сердечник, утворюють трансформатор змінного струму. Він був винайдений Яблочкова П.М. в 1876 р
Трансформатор призначений для перетворення величин змінних напруг і струмів.
До первинної обмотці з числом витків ω1 підключена змінна зовнішня ЕРС Е1.
Запишемо для неї закон Ома:
де i1 - струм в первинній обмотці
r1 - її опору
- d (ω1 Ф) / dt - ЕРС самоіндукції в первинному ланцюзі
Ф - магнітний потік через виток 1.
Практично падіння напруги на опір r1 мало, тому
Виникає у вторинній обмотці ЕРС
Ставлення числа витків у вторинній обмотці до числа витків в первинній обмотці називається коефіцієнтом трансформації.
Якщо ω2 / ω1 <1 – трансформатор понижающий.
Трансформатори широко застосовуються в електротехніці і радіотехніці.
СХЕМА УСТАНОВКИ
для вивчення взаємної індукції
Синусоїдальний сигнал від звукового генератора Г3 112/1 подається на першу котушку L1. На неї надіта друга котушка L2. і вона може пересуватися уздовж першої (касета ФПЕ 05/06). Завдяки явищу взаємної індукції, у другій котушці виникає змінна ЕРС, сигнал від якої ми бачимо на осцилографі С1-117.
Порядок виконання роботи
1. Включити генератор в мережу, задати частоту 50 10 3 Гц, загасання 10 dB, ручка виду сигналу-положення
(Синусоїда), права ручка виведенню за годинниковою стрілкою до кінця.
2. Включити в мережу осцилограф, канал Б (ручку «СІНХР.РЕЖІМ» в положення Б.) Вид сигналу
Ручку «сиг. Що чекають. АВТ. »- в положення« АВТ ». Ручку «ВНУТР. Зовнішній. МЕРЕЖА »- в положення« ВНУТР. »Ручку« ЧАС / СПРАВ. »- в положення 20. Маленька ручка в центрі покажчика повинна бути повернута в крайнє праве положення. Ручка «V / ДЕЛ." Поставити в положення 1 В, при цьому маленьку ручку в центрі покажчика повернути до відмови вправо. На касеті ФПЕ верхні перемикачі - в праве положення.
3. дослідження магнітного поля котушки.
Котушка L2 може пересуватися по котушці L1 за допомогою лінійки. Встановлюючи лінійку у різних відміток (l), виміряти амплітуду ЕРС взаємної індукції (сигнал на осцилографі):
С - ціна ділення на осцилографі, В визначається за вказівником «V / ДЕЛ.".
n- число поділок на екрані осцилографа.
4. Заповнити таблицю:
5.Построіть графік залежності U2 (l) і пояснити отриманий результат.
6. Встановити на генераторі частоту вихідного сигналу 25 10 3 Гн. На осцилографі ручку «V / ДЕЛ." Поставити в положення (, «2»), тобто 0,2 В.
7. Провести вимірювання для цієї частоти і побудувати графік залежності
U2 (l). Пояснити отриманий результат. Пояснити відмінність залежностей U2 (l) для різних частот.
Контрольні запитання I
1. У чому полягає явище взаємної індукції?
2. Що таке взаємна індуктивність і від чого вона залежить?
3. Поясніть схему установки.
Контрольні питання II
1. Чому дорівнює потік магнітної індукції через контур?
2. Описати явище електромагнітної індукції. Чому дорівнює ЕРС індукції?
3. Описати явище самоіндукції.
4. Від чого залежить коефіцієнт взаємної індукції М?
5. Де застосовується явище взаємної індукції?
6. Пристрій трансформатора. Принцип його роботи.
7. Підвищуючий і понижуючий трансформатори.
8. Чи можна підвищувати (знижувати) постійна напруга з допомогою трансформатора?
1. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. Т.П. М. вища школа, 1989.
2. Зисман Г.Л. Тодес О.Т. Курс загальної фізики. Т.П. М. Вища школа, 1989