CC BY
9
2. Исманов Ю. Х. Формирование расфокусированных изображений при некогерентном освещении // Проблемы современной науки и образования, 2016. № 3 (45). С. 23-26.
3. Исманов Ю. Х. Фазовые искажения последовательности саморепродукций плоскопараллельной пластиной // Вестник науки и образования, 2016. № 3 (15). С. 4-6.
4. Исманов Ю. Х. Методы рентгеновской голографии с внутренним источником // Наука, техника и образование, 2016. № 3 (21). С. 19-22.
5. Исманов Ю. Х., Исмаилов Д. А., Алымкулов С. А. Формирование последовательности саморепродукций одномерной линейной решеткой // Academy, 2016. № 6 (9). С. 6-10.
6. Исманов Ю. Х., Исмаилов Д. А., Алымкулов С. А. Моделирование в голографии с использованием второго опорного пучка // Academy, 2016. № 6 (9). С. 10-13.
Лабораторная работа практикума XI класса «Измерение магнитного сопротивления для различных схем соединений индуктивностей без взаимоиндукции при переменном токе»
Акопов В. В.
Акопов Вачакан Ваграмович /Лксрсу УасНакап Vagramovich — учитель физики, Муниципальное образовательное учреждение Средняя школа № 6, село Полтавское, Курский район, Ставропольский край
Аннотация: предлагаю описание лабораторной работы, которая предназначена для физического практикума в 11 классе с углубленным изучением физики. Выполняя работу в разных вариантах, учащимся приходится глубже осмысливать результаты эксперимента.
Ключевые слова: магнитное сопротивление, индуктивность, последовательное соединение, параллельное соединение, переменный ток, сила тока, напряжение.
Вариант I
«Измерение магнитного сопротивления двух последовательно соединённых катушек индуктивности в цепи переменного тока»
Цель работы: научиться измерять магнитное сопротивление при последовательном соединении двух индуктивностей.
Оборудование: источник электропитания для практикума КЭФ-8, две катушки дроссельных на 2000 витков, закреплённых на монтажной панели, регистратор данных, датчик тока, датчик напряжения, кабель подключения регистратора данных к датчику тока, кабель подключения регистратора данных к датчику напряжения, ключ и комплект соединительных проводов. Теория вопроса
Известно, что магнитное сопротивление определяется формулой [1]:
N
Ят = N , (1) I
где N - число витков катушки, Ь - индуктивность катушки.
Также известно, что индуктивность катушки выражается формулой:
, (2)
где и - напряжение на зажимах катушки, I - сила переменного тока в катушке, у=50Гц - частота переменного тока. Используя выражения (1) и (2), получим:
Ят = , (3)
и
Общее магнитное сопротивление двух последовательно соединённых индуктивностей определяется формулой [2]:
ХбЩ = ^ + ■ (4)
Порядок выполнения работы
1) Соберите электрическую цепь по схеме, приведённой на рис. 1, соединив последовательно две катушки дроссельных на 2000 витков, ключ, источник переменного тока (зажимы источника электропитания с обозначением «~»), регистратор с датчиками.
И 12 1.3
ргг^о рГУ~У~>| рГУУ^
Рис. 1. Схема последовательного соединения катушек индуктивности
2) Замкните ключ, установите с помощью регулятора выпрямителя напряжение, например 10В, и измерьте напряжение и силу тока. Повторите измерения при других значениях напряжения, например 20В и 30В.
3) Результаты измерений занесите в таблицу 1:
Таблица 1. Результаты измерений
№ п/п Напряжение выпрямителя (В)
10 20 30
1. I, А 0,03 0,04 0,05
2. и, В 7,12 14,68 22,86
3. и,, В 4,86 9,82 14,98
4. и, В 2,21 4,62 7,79
4) Вычислите магнитное сопротивление катушек по формуле (3), общее магнитное сопротивление по формуле (4):
а) при напряжении 10В:
2жу1 ■ N 2 • 3,14 • 50Гц ■ 0,03А ■ 2 -103 _00 1Г>3 А
Ят =-=-« 3,оо ■ 10 -,
т1 и 4,86В Вб
2л:у1 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,03А ■ 2 -103 ___ . _ 3 А
Ят =-=-~ 8,52 ■ 10 -,
т2 и2 2,21В Вб
(Я ), = 3,88-103— + 8,52 ■Ю3 — = 12,4-103—.
( т)общ Вб Вб Вб
б) при напряжении 20В:
2ку1 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,04А ■ 2 -103 , А
Я =-=-« 2,56 ■Ю -,
т1 и 9,82В Вб
2ку1 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,04А ■ 2 ■ 103 слл 1Гч3 А
Я =-=----—--« 5,44 ■ 103--
т2 и 4,62В Вб
3 А , « /1/1 1П3 А01 п3 А
(Я ) Й = 2,56■Ю3-+ 5,44■Ю3-= 8-103--
( т )общ , Вб Вб Вб
в) при напряжении 30В:
2^1 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,05А ■ 2 ■ 103 „ , , А
Ят =-=----—--« 2,1 ■Ю3--
т1 и 14,98В Вб
2тп>1 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,05А ■ 2-103 . , „3 А
Я =-=-~ 4,03 ■ 10 ->
т2 и 7,79В Вб
3 А , Л ПП 1П3 А .А3 А
(Ят ) общ = 2,1 ■ 103-+ 4,03 ■ 103-= 6,13 ■ 10
т общ Вб Вб Вб
Таким образом, общее магнитное сопротивление двух последовательно соединённых индуктивностей в цепи переменного тока равно:
12,4-103 — + 8-103 — + 6,13-103 — .
¡т> \посл Вб Вб Вб о о 1/Л3 А
(Кш ) оби, = --- = 8,810 ^Т ■
3 Вб
Вариант II
«Измерение магнитного сопротивления двух параллельно соединённых катушек индуктивности в цепи переменного тока»
Цель работы: научиться измерять магнитное сопротивление при параллельном соединении двух индуктивностей.
Оборудование: источник электропитания для практикума КЭФ-8, две катушки дроссельных на монтажной панели, регистратор данных, датчик тока, датчик напряжения, кабель подключения регистратора данных к датчику тока, кабель подключения регистратора данных к датчику напряжения, ключ, комплект соединительных проводов.
Теория вопроса
Магнитное сопротивление каждой из индуктивностей выражается формулой:
п -2жу- I - N ¡г-.
Яш ---(5)
и
Общее магнитное сопротивление двух параллельно соединённых индуктивностей определяется
следующей формулой [2]:
Рис. 2. Схема параллельного соединения катушек индуктивности
1 11 /? • /?
1 - 1 | 1 или (ъ ):аРал _ т ' т2 ■ (6)
г> г> \ т/ общ т-> , т->
(к ):аг ^ к2 общ ^ + ъ
'общ
Порядок выполнения работы
1. Соберите электрическую цепь по схеме, приведённой на рис. 2, соединив параллельно две катушки дроссельных на 2000 витков, ключ, источник переменного тока (зажимы источника электропитания с обозначением «~»), регистратор с датчиками.
2. Замкните ключ, установите с помощью регулятора выпрямителя напряжение, например 10В, и измерьте напряжение и силу тока. Повторите измерения при других значениях напряжения, например 20В и 30В.
3. Результаты измерений занесите в таблицу 2:
Таблица 2. Результаты измерений
№ п/п Напряжение выпрямителя (В)
10 20 30
1. и, В 9,8 19,8 29,7
2. lббщ, А 0,25 0,51 0,83
3. 11, А 0,13 0,25 0,42
4. Ь А 0,12 0,26 0,41
4. Вычислите магнитное сопротивление катушек по формуле (5), общее магнитное сопротивление по формуле (6):
а) при напряжении 10В:
2тп>11 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,13А ■ 2 -103 ___ , _3 А
Я_ =-=-ж 8,33 ■ 10 -5
т1 и 9,8В Вб
2ку1 2 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,12А ■ 2 -103 А
Я_ =-=-ж 7,69 ■ 10 -5
т2 и 9,8В Вб
„ „ 8,33 -103 — ■ 7,69 ■Ш3 — .
Г/? ^ = Ят. ■ Ятг __Вб_В^-д 103 .
( т) общ я + ^ ^ ^ ^ а А ~ Вб
8,33 ■Ю3-+ 7,69 ■Ю3
Вб Вб
б) при напряжении 20В:
_ 2жу!х ■ N _ 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,25А ■ 2 ■Ю^ ^ 3 _А_
т1 = и ~ 19,8В ~ ' ' Вб
Я =
2жу12 ■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,26А ■ 2-103 0~С1Г.3 А
-=-ж 8,25 ■ 10 -,
и 19,8В Вб
г, г, 7,93-103 — ■ 8,25 403 — .
(Я ) = Ят1 Ят2 =_М_вж 404 .
(Ят )общ „ „ А А ~ 4,04 10 ДЛ
Ят\ + Ят2 7,93 ■ш3^- + 8,25 403 — Вб
Вб Вб
в) при напряжении 30В:
2тп!1 ■ N 2■ 3,14■ 50Гц■ 0,42А■ 2 103 0 00 лгл3 А Я =-=-ж 8,88 ■Ю -5
т1 и 29,7В Вб
■ N 2 ■ 3,14 ■ 50Гц ■ 0,41А ■ 2-103 А
Я =-2-=---ж 8,67 103-,
т2 и 29,7В Вб
г, г, 8,88-103— ■ 8,67 403 — .
(П ч _ Ят, Ят2 _ _Вб_Вб ^ Л щ 1(13 А
Ят )о6щ = = -А-А ^ ^ ^10 ~Яб
Ят + Ят2 8,88 403 — + 8,67 403— Вб
Вб Вб
Таким образом, общее магнитное сопротивление двух параллельно соединённых индуктивностей в цепи переменного тока равно:
3,85 -103 — + 4,18 403 — + 4,39 403 — .
(я т )паг=-Вб-^-Вб ж 4,14 ■10^-А.
3 Вб
5. Сравните полученные значения магнитных сопротивлений при последовательном и параллельном соединениях индуктивностей. Для сравнения воспользуйтесь отношением:
43 А
( тр -\посл 8,8 ■Ю -
(ЯтАвб^ —_Вб
8,8 ■Ю3 _
2 раза
{ Т? Л парал А
(Ят )общ 4 14 103
' Вб
Таким образом, общее магнитное сопротивление при последовательном соединении индуктивностей в 2 раза больше, чем при их параллельном соединении.
Литература
1. Акопов В. В. О связи между магнитным сопротивлением и индуктивностью контура // Физика в школе, 2014. № 1. С. 12-13.
2. Акопов В. В. Расчёт магнитного сопротивления для различных схем соединения индуктивностей без взаимоиндукции. // Наука, техника и образование, 2015. № 2 (8). С. 13-15.
