Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Физика” для студентов всех специальностей (стр. 7 )

3. Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений.

1.  После появления на экране заставки с названием работы щелкнуть «мышью» по надписи «Эксперимент».

2.  Для перевода амперметра и вольтметра в рабочее состояние нажать кнопки «Вкл» на лицевых панелях приборов.

3.  Ключом К1 замкнуть вольтметр на источник тока, для чего нажать кнопку «Вкл» на нижней панели под надписью «Источник тока».

4.  Определить показание вольтметра. Так как сопротивление вольтметра значительно больше сопротивления источника тока, показание вольтметра в этом случае можно принять за величину ЭДС источника тока. Показание вольтметра занести в табл.1.

5.  Ключом К2 замкнуть внешнюю цепь, для чего нажать кнопку «Вкл» на нижней панели под надписью «Внешняя цепь».

6.  С помощью «мыши» перетащить ползунок реохорда в положение 1 см, после чего определить показания амперметра I и вольтметра U (данные занести в табл.1).

7.  Установить ползунок реохорда в положения 2 см, 3 см, и т. д. до 10 см, каждый раз определяя показания амперметра I и вольтметра U (данные занести в табл.1).

8.  По формулам (7) и (9) рассчитать полезную мощность тока и КПД источника тока для каждого опыта (Данные занести в табл.1).

9.  Используя полученные результаты, построить графики зависимости полезной мощности и КПД источника тока от силы тока, откладывая по оси абсцисс величину I , а по оси ординат значения P1 и h в соответствующих масштабах.

Таблица 1.

№ опыта	e В	I A	U B	P1 Вт	h	DI А	DU В	De В	DP1 Вт	Dh
1
2
3
…
10

10.  Используя данные I, U , P1 и h для 5-го опыта, найти абсолютные погрешности DP1 и Dh по следующим формулам:

Абсолютные погрешности DI, DU и De определить, зная, что точность в показаниях амперметра и вольтметра составляет 1 % (Данные занести в табл.1).

11.  Окончательный результат записать в виде:

P1 ± DP1 h ± Dh

Лабораторная работа

(Компьютерный вариант)

Определение индуктивности катушки

Цель работы: Определение индуктивности катушки без сердечника и с ферромагнитным сердечником.

1.  Теория метода.

Электрический ток, текущий в проводящем контуре, создает в окружающем пространстве магнитное поле. Причем магнитный поток Ф, сцепленный с контуром, прямо пропорционален силе тока:

(1)

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью или коэффициентом самоиндукции контура. Индуктивность зависит от размеров и формы контура, а также от магнитной проницаемости m окружающей среды.

Индуктивность измеряется в генри (Гн). Из выражения (1) следует, что 1 Гн – это индуктивность такого контура, в котором при силе тока в 1 ампер возникает магнитный поток в 1 вебер.

Индуктивность контура является одним из факторов, определяющих величину ЭДС самоиндукции es , которая наводится в электрической цепи, по которой течет переменный ток:

(2)

где - скорость изменения силы тока в цепи.

Кроме того, индуктивность определяет энергию магнитного поля электрического тока :

(3)

Если провести аналогию между электрическими и механическими явлениями, то магнитную энергию следует сопоставить с кинетической энергией тела , при этом индуктивность играет роль массы, а сила тока – роль скорости. Таким образом, индуктивность определяет инерционные свойства электрического тока.

Для увеличения индуктивности электрической цепи применяют катушки индуктивности (соленоиды), величина индуктивности которых определяется следующей формулой:

(4)

где m0 - магнитная постоянная, m - магнитная проницаемость среды, заполняющей пространство внутри катушки, N – число витков катушки, S – площадь поперечного сечения катушки, l – длина катушки.

Индуктивность катушки без сердечника относительно низкая, так как для воздуха m @ 1. Чтобы существенно увеличить индуктивность катушки, в нее вставляется сердечник из ферромагнетика. Ферромагнетики – это класс твердых тел, магнитная проницаемость которых составляет тысячи и сотни тысяч единиц.

Следует отметить, что любая электрическая цепь, подключенная к источнику переменного напряжения с циклической частотой w, обладает некоторой индуктивностью L и электроемкостью C. В этом случае так называемое действующее (эффективное) значение силы переменного тока в цепи определяется выражением:

(5)

где U - эффективное значение переменного напряжения, R - активное сопротивление.

В настоящей работе частота n переменного напряжения составляет 50 Гц. Следовательно, циклическая частота равна ω=2pν = 6,28 × 50 = 314 Гц.

Формула (5) является законом Ома для цепи переменного тока, где выражение, стоящее в знаменателе, есть полное сопротивление цепи переменного тока Z. При частоте w, равной 314 с-1, величина 1/wС значительно меньше величины wL. Тогда полное сопротивление будет равно:

(6)

и формула (5) примет следующий вид:

(7)

Величина XL = wL в подкоренном выражении равенства (6) имеет размерность электросопротивления и называется реактивным индуктивным сопротивлением, появление которого в цепи переменного тока обусловлено действием ЭДС самоиндукции.

Зная эффективные значения напряжения и силы переменного тока, используя равенство (7), можно определить величину полного сопротивления Z, а затем и значение индуктивности катушки, включенной в цепь переменно тока:

(8)

2. Устройство установки.

Установка состоит из катушки, индуктивность которой требуется определить, регулируемого источника напряжения и цифрового миллиамперметра. Источник напряжения может задавать либо постоянное либо переменное напряжение с частотой 50 Гц. Переключение напряжения с постоянного на переменное и обратно осуществляется кнопками на лицевой панели прибора.

На нижней управляющей панели имеются две кнопки, с помощью которых можно отключать или подключать источник напряжения и миллиамперметр к цепи.

В установке предусмотрена возможность автоматического ввода ферромагнитного сердечника в катушку. Для ввода сердечника необходимо нажать кнопку «Ввод сердечника» на нижней управляющей панели.

3. Порядок выполнения работы.

1.  После появления на экране заставки с названием работы щелкнуть «мышью» по надписи «Эксперимент».

2.  Включить общую цепь приборов, для чего щелкнуть «мышью» по кнопке «Вкл» на нижней панели.

3.  Включить источник напряжения и миллиамперметр, нажав кнопки «Вкл» на лицевой панели приборов. На цифровых табло приборов появятся нули.

4.  Нажать кнопку «Постоянный ток».

5.  Установить напряжение 15 В с помощью регуляторов «↑» и «↓» (стрелка вверх, стрелка вниз) с надписями «точно» и «грубо».

6.  Определить по миллиамперметру значение силы тока и занести это показание в табл.1.

7.  Проделать пункты 5 и 6 еще два раза для напряжений 25 и 35 В (данные занести в табл.1).

8.  Нажать кнопку «Переменный ток» и проделать пункты 5 и 6 для напряжений 15, 25 и 35 В (данные занести в табл.1).

9.  Нажать кнопку «Ввод сердечника» на нижней панели, после чего проделать пункты 5 и 6 для напряжений 15, 25 и 35 В (данные занести в табл.1).

Таблица 1

№ опыта	Постоянный ток	Переменный ток с циклической частотой w = 314 Гц
U B	I A	R Ом	Rср Ом	U B	I A	Z Ом	L Гн
		Без сердечника
1	15				15
2	25			25
3	35			35
		С ферромагнитным сердечником
1	15
2	25
3	35

4. Математическая обработка результатов измерений.