Фізика. Електромагнетизм (стр. 6 )

Змінюючи значення опорів і , добиваються положення, коли струм в діагоналі ВД буде дорівнювати нулю: . При цьому звук в телефоні зникне. При відсутності струму виконується умова:

, , (7.8)

,

,

або

(7.9)

Поділивши одну рівність на другу, одержимо:

, (7.10)

або

, (7.11)

звідки

. (7.12)

На практиці плечі АД і ДС з опорами і одержуються діленням обмотки реостата з ковзним контактом Д. Опори і будуть пропорційні відповідним довжинам і , а тому у формулі (7.12) відношення можна замінити на і остаточно робоча формула буде мати вигляд:

. (7.13)

Хід роботи

1.  Скласти електричне коло за схемою, поданою на рис. 20.

Рис. 20.

2.  Включити коло в мережу змінного струму.

3.  Замкнути ключ К і, пересуваючи повзунком Д на реостаті АС, добитися зникнення звуку в телефоні.

4.  Виміри провести для кожного конденсатора зокрема і разом, сполучаючи їх послідовно і паралельно. Вимірювання для кожного випадку провести не менше трьох разів.

5.  Результати вимірювання занести в табл. 7.

6.  Вирахувати ємність конденсаторів для кожного випадку за формулою (7.13). Результати вимірювання занести у табл. 7.

Таблиця 7.

№ п/п	, Ф	, м	, м	, Ф	, Ф
1 2 3 . . .

7.  Перевірити формулу паралельного і послідовного з’єднання конденсаторів. Загальна ємність С паралельного з’єднання між собою конденсаторів рівна:

,

а послідовно

.

Контрольні питання

1.  Що називається електроємністю?

2.  Вивести формулу ємності плоского конденсатора.

3.  Вивести формулу паралельного і послідовного з’єднання конденсаторів.

4.  Вивести формулу ємнісного опору конденсатора в колі змінного струму.

Бібліографічний список

5.  Трофимова физики. - М.: Высш. шк., 1985.-С.136-138,219-224.

6.  Грабовский физики. - М., Высш. шк.. 1980.-С. 87-96, 338-357.

7.  Савельев общей курс физики. - М.: Наука, 1973. Т.2.-С. 265-268, 275-279, 396-410.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 64

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА КОРИСНОЇ ДІЇ ТРАНСФОРМАТОРА

Мета роботи: вивчення основного закону електромагнітної індукції та принципу дії трансформатора.

Прилади та матеріали: 1) досліджуваний трансформатор; 2) вольтметри для постійного і змінного струму; 3) амперметри для постійного і змінного струму; 4) ватметри; 5) повзунковий реостат; 6) рубильник; 7) набір провідників.

Загальні відомості

Прилади, за допомогою яких виконується перетворення напруги змінного струму, називаються трансформаторами. Вперше трансформатори були сконструйовані і використані на практиці російськими вченими – електротехніками (1876) та І. П. Усагіним (1882р.).

У найпростішому випадку трансформатор складається з двох котушок, намотаних на спільне замкнуте феромагнітне осердя (рис. 21). Осердя трансформаторів виготовляють із листової сталі, що має велику магнітну проникність, малу коерцитивну силу і малі втрати на гістерезис та вихрові струми. Для того щоб зменшити магнітне розсіювання між первинною і вторинною обмотками, обидві котушки часто намотують на одному і тому ж осерді.

Рис. 21.

Кінці однієї з обмоток трансформатора (так званої первинної обмотки) вмикають до джерела змінного струму з напругою . Споживачі енергії підключаються до кінців другої обмотки (вторинної), на яких утворюється змінна напруга , відмінна від . Якщо напруга на первинній обмотці (напруга джерела) більша, ніж на вторинній, тобто , то трансформатор називається знижувальним, якщо він називається підвищувальним. Розглянемо коротко принцип роботи трансформатора. Струм, що протікає через первинну обмотку, створює змінний потік магнітної індукції , який майже повністю зосереджений всередині осердя, отже, практично повністю пронизує витки вторинної обмотки. ЕРС, що виникає у первинній обмотці (е. р. с. самоіндукції):

,

а е. р. с. у вторинній обмотці:

, (8.1)

де і - число витків у первинній і вторинній обмотках.

Застосовуючи до обмоток трансформатора закон Ома, знайдемо напругу на вході трансформатора:

. (8.2)

І напругу на виході

, (8.3)

де і - омічні опори первинної і вторинної обмоток; і - сили струму в них.

Обмежимось спочатку випадком розімкнутої вторинної обмотки і тому приймемо, що . Далі приймемо, що , тобто падіння напруги дуже мале порівняно зі значення індуктивності е. р. с., що звичайно має місце для своїх технічних трансформаторів. Тоді, поділивши почленно два останні рівняння, одержимо:

,

де - коефіцієнт трансформації. Він показує, у скільки разів напруга на вторинній обмотці більша від напруги на першій обмотці при розімкнутому колі вторинної обмотки, тобто в режимі холостого ходу. Якщо у коло вторинної обмотки ввімкнене яке-небудь навантаження, умова порушується внаслідок енергетичних втрат у трансформаторі, і тому відношення

, (8.4)

яке називається коефіцієнтом корисної дії трансформатора, завжди трохи менше від одиниці. У сучасних трансформаторах коефіцієнт корисної дії досягає 99,4 %.

Слід мати на увазі, що коефіцієнт трансформації визначається при розімкнутому колі вторинної обмотки, а коефіцієнт корисної дії трансформатора – тільки при навантаженому трансформаторі, тобто коли в його вторинну обмотку увімкнуто електричний опір.

Хід роботи

1.  Скласти електричне коло за схемою, яка подана на рис. 22.

Рис. 22.

2.  Мережу змінного струму підключити в первинне коло трансформатора до клем ( і ). Сюди підключити відповідно до схеми амперметр і вольтметр.

3.  Реостат і ватметр у вторинній обмотці трансформатора підключити до клем ( і ).

4.  Визначити ціну поділки вольтметра і ватметра.

5.  Змінюючи навантаження у вторинній обмотці трансформатора, визначити коефіцієнт корисної дії трансформатора.

6.  Визначити коефіцієнт корисної дії для різних значень струму в первинному колі. Результати вимірювання занести у табл. 8.

Таблиця 8.

№ п/п	, А	, В	, А	, В
1 2 3 . . .

7.  Силу струму в первинному колі змінювати за допомогою реостата у вторинному колі.

Контрольні питання

1.  Сформулювати основний закон електромагнітної індукції.

2.  На основі закону електромагнітної індукції пояснити принцип дії трансформатора.

3.  Вивести формулу коефіцієнта трансформації та коефіцієнта корисної дії трансформатора.

Бібліографічний список

1.  Трофимова физики. - М.: Высш. шк., 1985.-С.179-189.

2.  Грабовский физики. - М., Высш. шк.. 1980.-С. 382-392.

3.  Савельев общей курс физики. - М.: Наука, 1973. Т.2.-С. 190-216.

Зміст

Лабораторна робота № 57. Вивчення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі......................................................	3
Лабораторна робота № 58. Вивчення лічильника електричної енергії....	7
Лабораторна робота № 59. Визначення коефіцієнта потужності змінного струму........................................................................................	11
Лабораторна робота № 60. Перевірка закону Ома для змінного струму.	14
Лабораторна робота № 61. Вивчення резонансу напруги і визначення індуктивності котушки методом резонансу...........................................	18
Лабораторна робота № 62. Визначення індуктивності котушки..............	22
Лабораторна робота № 63. Вимірювання електроємності конденсаторів містком змінного струму................................................	26
Лабораторна робота № 64. Визначення коефіцієнта корисної дії трансформатора........................................................................................	30