Научная статья на тему 'Лабораторная работа практикума XI класса "Измерение магнитного сопротивления для различных схем соединений индуктивностей без взаимоиндукции при постоянном токе"'

Лабораторная работа практикума XI класса "Измерение магнитного сопротивления для различных схем соединений индуктивностей без взаимоиндукции при постоянном токе" Текст научной статьи по специальности «Электротехника»

CC BY
7
0
Поделиться
Ключевые слова
МАГНИТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ / ИНДУКТИВНОСТЬ / ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ / ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ / ПОСТОЯННЫЙ ТОК / СИЛА ТОКА / ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Аннотация научной статьи по электротехнике, автор научной работы — Акопов Вачакан Ваграмович

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.

Похожие темы научных работ по электротехнике , автор научной работы — Акопов Вачакан Ваграмович,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Лабораторная работа практикума XI класса "Измерение магнитного сопротивления для различных схем соединений индуктивностей без взаимоиндукции при постоянном токе"»

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Лабораторная работа практикума XI класса «Измерение магнитного сопротивления для различных схем соединений индуктивностей без взаимоиндукции при постоянном токе»

Акопов В. В.

Акопов Вачакан Ваграмович /Лкороу Уаекакап Vagramovich - учитель физики, Муниципальное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная 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, постоянный ток, сила тока, индукция магнитного поля.

Вариант I

«Измерение магнитного сопротивления двух последовательно соединённых катушек индуктивности при постоянном токе»

Цель работы: определение магнитного сопротивления при последовательном соединении двух индуктивностей.

Оборудование: источник электропитания для практикума КЭФ-8, две катушки дроссельные на 2000 витков, закреплённые на монтажной панели, регистратор данных, датчик тока, датчик индукции магнитного поля, кабель подключения регистратора данных к датчику тока, кабель подключения регистратора данных к датчику индукции магнитного поля, ключ и комплект соединительных проводов, штангенциркуль.

Теория вопроса

Известно, что магнитное сопротивление определяется формулой [ 1]:

N

Ят = — , (1)

где N - число витков катушки,

Ь - индуктивность катушки.

Также известно, что индуктивность катушки выражается формулой:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ь = Мо ■ N 2 ' Б , (2)

I

где - магнитная постоянная,

I - длина катушки, - площадь поперечного сечения катушки.

С другой стороны известно, что индукция поля катушки определяется формулой:

в = М ■N ■1, (3)

I

где I - сила постоянного тока в катушке.

Используя выражения (1), (2) и (3), получим:

Ят = —— , (4) В ■ Б

Общее магнитное сопротивление двух последовательно соединённых индуктивностей определяется формулой [2]:

ХбЩ = + • (5)

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме, приведённой на рис.1, соединив последовательно две катушки дроссельные на 2000 витков, ключ, источник постоянного тока (зажимы источника электропитания с обозначением «+» и «-»), регистратор с датчиками.

2. Замкните ключ, установите с помощью регулятора выпрямителя напряжение, например 10В, и измерьте силу тока и индукцию магнитного поля. Повторите измерения при других значениях напряжения, например 20В и ЗОВ.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 1. Схема последовательного соединения катушек индуктивности 3. Результаты измерений занесите в таблицу 1:

Таблица 1. Результаты измерений

№ п/п Напряжение выпрямителя (В)

10 20 30

1. I, А 0,055 0,130 0,210

2. В1, мТл 1,44 1,62 1,81

3. В2, мТл 1,12 2,06 2,64

4. Измерьте штангенциркулем диаметр катушки и вычислите площадь поперечного сечения катушки:

S = aL - 3.14. (2,8.102 му Л _4 м2

4 4

5. Вычислите магнитное сопротивление катушек по формуле (4), общее магнитное сопротивление по формуле (5):

а) при напряжении 10В:

I 0,055А 1л4 А

Rml - '

4 2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

R.„ -

B ■ S 1,44 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 ■ 10 4 м I 0,055А

6,2 ■ 104

m B ■ S 1,12 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 ■ 10 4 м2

7,98 ■ 10

Вб Вб

(Rm )общ - 6,2 ■ 104 — + 7,98 ■ 104 — - 14,18 ■ 104 —

v т)общ , вб ' Вб Вб

б) при напряжении 20В:

R - 1

0,13 А

B ■ S 1,62 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 ■ 10 4 м2

Rm1 -

I

0,13 А

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

B ■ S 2,06 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 ■ 10 4 м2

13,05 ■ 10 * 10,26 ■ 10

А

Вб

4 А Вб

( Rm ) обш = 13,05 • !°4 — +10,26 ■ 104 — = 23,31 • 104 —.

v тобщ ' Вб Вб Вб

в) при напряжении 30В:

I 0,21А _4 А

R =-- =--г-1-18,87 • 10

B • S 1,81 •Ю 3 Тл • 6,15 • 10 4 м2 Вб

Rm =—!— =--— « 12,93 • 104 —,

"2 B2 • S 2,64 • 10-3Тл • 6,15 • 10 4 м2 Вб

(Rm)обш = 18,87 +12,93 •Ш4-^ = 31,9•Ш4 А .

Вб Вб Вб

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таким образом, общее магнитное сопротивление двух последовательно соединённых

индуктивностей при постоянном токе равно:

1418.in4 А + 23,31-104 — + 31,9• 104 ,

Вб Вб Вб . ТЗ ТЗ 1П4

/ D \посл Вб Вб Вб оо 1 1 1 ГИ (Rm ) п0ш = -;- = 23,13

3 Вб

Вариант II

«Измерение магнитного сопротивления двух параллельно соединённых катушек индуктивности при постоянном токе»

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 индукции магнитного поля, кабель подключения регистратора данных к датчику тока, кабель подключения регистратора данных к датчику магнитной индукции, ключ, комплект соединительных проводов, штангенциркуль.

Теория вопроса

Магнитное сопротивление каждой из индуктивностей выражается формулой:

I

Rm = - , (6)

m в • S

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Общее магнитное сопротивление двух параллельно соединённых индуктивностей определяется следующей формулой [2] :

_1_= + или (r )парал = Rm1 •R"

in )парал п П V m' обШ R + R

(Rm )общ m m2 m1 ,

Рис. 2. Схема параллельного соединения катушек индуктивности

7

2

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме, приведённой на рис.2, соединив параллельно две катушки дроссельных на 2000 витков, ключ, источник постоянного тока (зажимы источника электропитания с обозначением «+» и «-»), регистратор с датчиками.

2. Замкните ключ, установите с помощью регулятора выпрямителя напряжение, например 10В, и измерьте силу тока и индукцию магнитного поля. 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. I, А 0,2 0,6 0,9

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Ii, А 0,1 0,3 0,45

3. I2, А 0,1 0,3 0,45

4. В1, мТл 0,67 1,75 2,77

5. В2, мТл 0,97 1,84 2,25

4. Измерьте штангенциркулем диаметр катушки и вычислите площадь поперечного сечения катушки:

ad2 3,14 ■ (2,8 -10 2 м)2 4 2

S =-----—« 6,15 10 м .

44

5. Вычислите магнитное сопротивление катушек по формуле (6), общее магнитное сопротивление по формуле (7):

а) при напряжении 10В:

I1 - 0,1А ~ 0/I ОТ щ4 А

rr _ 1 __ ? _^ 24 27 ■ 10

Rm1 ТЗ С 1 AT 1 Г>3 Тт, А 1 ^ 1 С\-4 2 ~ ,

B ■ S 1,67 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 ■ 10 4 м2 Вб

---^ « 16,76 ■ 104 —

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

B ■ S 0,97 ■ 103 Тл ■ 6,15 ■ 104 м2 Вб

R R 24,27 404 — ■ 16,76 404 — ,

(R ) - Rm Rm2 -_Вб_В^ ~ 99ы04_

(Rm)общ - „ „ - А А ~9,91 10 ЯЙ

Rm + Rm2 24,27 ■104 — +16,76 404 — Вб

Вб Вб

б) при напряжении 20В:

R -—^ ---— « 27,87 ■ 104 А

B ■ S 1,75 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 10 4м2 Вб

R, --Т-0,3А-— . 26,51 ■ 104 А

2 B ■ S 1,84 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 ■ 10 4 м2 Вб

р Я 27,87 404--26,51 ■Ю4-

/Г> \ _ Rm1 Rm2 _ _Вб_Вб ^ п 1П4 А

(Rm)общ - -R-—R- --А-А ~ 13,59■10 Вб

Rm1 + Rm2 27,87404 — + 26,5Ы04 — Вб

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Вб Вб

в) при напряжении 30В:

I1 _ 0,45 А О.Ш4 А

R^ --^ --^-26,42 ■Ю4

m1 а . с о тт . 1 п~3 т^ _ А 1 ^ .1 п~4 „,.2

B^S 2,77 ■ 10 3 Тл ■ 6,15 ■ 10 4 м2 Вб

R ==_Д4^_^ « 32,52 • 104 А

B • S 2,25 • 10 3 Тл • 6,15 • 10 4 м2 Вб

26,42 •104 — • 32,52 -104 А

(Rm )общ = Rm • Rmm =-,-Вб-,-« 14,58404 —.

m оШ Rm1 + Rm2 26,42•104 — + 32,52Л04 — Вб

Вб Вб

Таким образом, общее магнитное сопротивление двух параллельно соединённых индуктивностей при постоянном токе равно:

9,91 •104 — +13,59 •104 — +14,58 •Ю4 —

s тл \парал_ _Вб_Вб_Вб-19 AQ 1 О 4 А

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(Rm)общ « I2-,69 I0 .

3 Вб

6. Сравните полученные значения магнитных сопротивлений при последовательном и параллельном соединениях индуктивностей. Для сравнения воспользуйтесь отношением:

\4 А

23,13 • 104 ^

1,8раза.

i ï? \посл 23,13 • 10 -

(Rm )общ _ Вб

i Т? \парал А (Rm )общ 12 69 •Ю4 -

Вб

Таким образом, общее магнитное сопротивление при последовательном соединении индуктивностей в 1,8 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.

2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.