Меню

Лабораторная работа определение индуктивности катушки в цепи переменного тока

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

Методические указания к лабораторной работе №19

(Раздел «Электричество и магнетизм»)

Составители: В.С. Ковалева, Н.Н. Фролова

Определение индуктивности катушки: метод. указания к лабораторной работе №19 по физике. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2012. – 11 с.

Указания содержат краткую теорию переменного тока в цепи, содержащую катушку индуктивности, и методику определения индуктивности катушки методом вольтамперметра.

Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения, в программу учебного курса которых входит выполнение лабораторных работ по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).

Печатается по решению методической комиссии факультета

«Нанотехнологии и композиционные материалы»

Рецензент д-р. техн. наук, проф. В.С. Кунаков

©Издательский центр ДГТУ, 2012

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

Цель работы: 1) определить индуктивность катушки;

2) исследовать зависимость индуктивности катушки от силы тока при наличии в катушке стального сердечника.

Оборудование: источники постоянного и переменного тока, амперметр, вольтметр, реостат, ключ, катушка индуктивности, соединительные провода, стальной сердечник.

Теоретическая часть

Явление возникновения электродвижущей силы (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока в нем называется электромагнитной индукцией.

Электрический ток, появляющийся в этом случае, называется индукционным.

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца:

Индукционный ток всегда направлен так, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего появление данного тока.

Возникновение ЭДС индукции в электрической цепи вследствие изменения в ней силы тока называется самоиндукцией.

ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока в контуре

Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью и измеряется в генри (Гн). Индуктивность контура является мерой его «инертности» по отношению к изменению силы тока в нем и зависит от размеров и формы контура, а также от магнитной проницаемости окружающей среды.

Реальная катушка, обладающая активным сопротивлением и индуктивностью , в цепи переменного тока соответствует последовательно включенным и . Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую последовательно соединенные активное сопротивление и катушку индуктивности (рис. 1).

Пусть ток в цепи изменяется по гармоническому закону

где — амплитудное значение силы тока, циклическая частота переменного тока.

Напряжение на резисторе определяется законом Ома

где – амплитудное значение напряжения на резисторе. Сравнивая (2) и (3), заключаем, что напряжение и сила тока на резисторе изменяются в одинаковой фазе (синфазно).

При протекании переменного тока через катушку индуктивности в ней возникнет ЭДС самоиндукции, определяемая выражением (1). Тогда закон Ома для участка цепи, содержащего катушку , будет иметь вид:

где – напряжение на катушке индуктивности.

и, учитывая (2), получаем

где – амплитудное значение напряжения на катушке,

а называют реактивным индуктивным сопротивлением.

Сравнивая (2) и (4), заключаем, что напряжение на катушке индуктивности опережает ток на .

Общее напряжение на участке — цепи имеет вид:

Соотношения между переменными токами и напряжениями делаются особенно наглядными, если изображать их с помощью векторов.

Выберем ось токов и отложим на ней амплитудное значение силы тока. Тогда амплитудные значения напряжений и расположатся так, как показано на рис.2. Из диаграммы следует, что:

где — амплитудное значение результирующего напряжения.

Откуда амплитуда силы тока имеет значение

называется полным сопротивлением цепи катушки и активного сопротивления. Угол дает разность фаз между напряжением и силой тока .

Из выражения (5) получаем индуктивность катушки

где =50 Гц – частота переменного тока.

Порядок выполнения работы

Задание 1.Определение активного сопротивления катушки методом вольтамперметра.

  1. Собрать цепь по схеме, изображенной на рис.3, и подключить к источнику постоянного напряжения.
  2. Определить цену деления амперметра и вольтметра ; записать в таблицу 1.
  3. Установить по заданию преподавателя первое значение силы тока, заметить при этом соответствующее значение напряжения, записать показания амперметра и вольтметра в делениях в таблицу 1.
  4. Изменяя ток с помощью реостата, измерить еще два значения напряжения, записать показания приборов в делениях в таблицу.
  5. Вычислить значения силы тока и напряжения соответственно по формулам:
  1. Вычислить активное сопротивление катушки по формуле для каждого значения силы тока .
  2. Вычислить среднее значение , определить абсолютную погрешность и среднее значение .
  3. Определитьотносительную погрешность по формуле , результаты записать в табл. 1.
  4. Вставить стальной сердечник в катушку при тех же значениях напряжения и убедиться, что показания амперметра не зависят от наличия сердечника (активное сопротивление катушки не зависит от наличия сердечника), однако при внесении или удалении сердечника показания амперметра изменяются. Сделать выводы, как и почему изменяются в этом случае показания амперметра.
Читайте также:  Постоянный ток в кабеле тпп

Задание 2.Определение полного сопротивления цепи катушки без сердечника и вычисление индуктивности.

  1. Собрать цепь по схеме, изображенной на рис. 4, и подключить к источнику переменного напряжения.
  2. Определить цену деления амперметра и вольтметра ; записать в таблицу 2.
  3. Установить по заданию преподавателя первое значение силы тока, заметить при этом соответствующее значение напряжения, записать показания амперметра и вольтметра в делениях в таблицу 2.
  4. Изменяя ток с помощью реостата, измерить еще два значения напряжения, записать показания приборов в делениях в таблицу.
  5. Вычислить значения силы тока и напряжения соответственно по формулам:
  1. Вычислить полное сопротивление катушки по формуле для каждого значения силы тока .
  2. Вычислить среднее значение , определить абсолютную погрешность и среднее значение .
  3. Вычислить относительную погрешность полного сопротивления катушки по формуле , результаты записать в таблицу 2.
  4. Используя найденные значения из таблицы 1, из таблицы 2 и значение частоты Гц, определить индуктивность катушки по формуле (6) для каждого значения .
  5. Вычислить среднее значение , определить абсолютную погрешность и ее среднее значение .
  6. Вычислить относительную погрешность индуктивности по формуле , результаты записать в таблицу 2.
cA nA I cV nV U Z ∆Z eZ

L ∆L εL
А/дел A В/дел B Ом Ом %

Гн Гн %
Без сердечника
Ср. знач.

Задание 3.Исследование зависимости полного сопротивления и индуктивностикатушки с сердечником от величины переменного тока.

  1. Использовать схему, изображенную на рис. 4.
  2. Вставить внутрь катушки стальной сердечник. Изменяя последовательно силу тока (шаг изменения силы тока задает преподаватель) 10 раз, снять соответственно 10 значений напряжения. Результаты измерений занести в таблицу 3.
  3. Рассчитать соответствующие значения по формуле и по формуле (6), используя из таблицы 1.
  4. Построить графики зависимости .
cA nA I cV nV U Z L
А/дел A В/дел B Ом Гн
С сердечником
. . .

Контрольные вопросы

  1. В чем состоит явление электромагнитной индукции, самоиндукции?
  2. Запишите основной закон электромагнитной индукции.
  3. Сформулируйте правило Ленца.
  4. Напишите формулу полного сопротивления цепи, содержащей катушку индуктивности.
  5. Объясните, в какую сторону и почему изменятся показания амперметра, если при неизменном напряжении в катушку внести стальной сердечник?
  6. Изобразите векторную диаграмму и с ее помощью определите сдвиг по фазе между током в — цепи и напряжением на ее концах.
  7. Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока, содержащей – участки.
  8. Что такое индуктивность, и от каких параметров она зависит?

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2004.

2. Яворский Б. М. Справочник по физике / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. – М.:Наука, 2006

Техника безопасности

1. К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством и принципом действия.

2. Электрическую схему включать в сеть только после проверки преподавателем правильности ее сборки.

Составители: Ковалева В.С., Фролова Н.Н.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

Методические указания к лабораторной работе №19

(Раздел «Электричество и магнетизм»)

Редактор Т.В. Колесникова

В печать 30.03.2012.

Объем 0,75 усл.п.л. Офсет. Формат 60×84/16.

Бумага тип №3. Заказ № Тираж 60 экз. Цена свободная

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. гагарина, 1.

Источник

ИНФОФИЗ — мой мир.

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

  • Главная
  • Мир физики
    • Физика в формулах
    • Теоретические сведения
    • Физический юмор
    • Физика вокруг нас
    • Физика студентам
      • Для рефератов
      • Экзамены
      • Лекции по физике
      • Естествознание
  • Мир астрономии
    • Солнечная система
    • Космонавтика
    • Новости астрономии
    • Лекции по астрономии
    • Законы и формулы — кратко
  • Мир психологии
    • Физика и психология
    • Психологическая разгрузка
    • Воспитание и педагогика
    • Новости психологии и педагогики
    • Есть что почитать
  • Мир технологий
    • World Wide Web
    • Информатика для студентов
      • 1 курс
      • 2 курс
    • Программное обеспечение компьютерных сетей
      • Мои лекции
      • Для студентов ДО
      • Методические материалы
  • Физика школьникам
  • Физика студентам
  • Астрономия
  • Информатика
  • ПОКС
  • Арх ЭВМ и ВС
  • Методические материалы
  • Медиа-файлы
  • Тестирование

Как сказал.

Есть только два способа прожить жизнь. Первый — будто чудес не существует. Второй — будто кругом одни чудеса.

А.Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Урок 46. Лабораторная работа № 12. Измерение индуктивности катушки.

Тема: Измерение индуктивности катушки

Всякое изменение тока в катушке вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока. Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна величине индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней. Но так как переменный ток непрерывно изменяется, то непрерывно возникающая в катушке ЭДС самоиндукции создает сопротивление переменному току. Она препятствует его возрастанию и, наоборот, поддерживает его при убывании. Таким образом, в катушке индуктивности, включенной в цепь переменного тока, создается сопротивление прохождению тока. Но так как такое сопротивление вызывается в конечном счете индуктивностью катушки, то и называется оно индуктивным сопротивлением.

Индуктивное сопротивление обозначается через ХL и измеряется, как и активное сопротивление, в омах. Индуктивное сопротивление цепи тем больше, чем больше частота тока, питающего цепь, и чем больше индуктивность цепи. Следовательно, индуктивное сопротивление цепи прямо пропорционально частоте тока и индуктивности цепи; определяется оно по формуле:

ХL L , где ω — круговая частота, определяемая произведением 2πν, L — индуктивность цепи в генри (Гн).

Тогда индуктивность катушки можно выразить:

Закон Ома для цепи переменного тока, содержащей индуктивное сопротивление, звучит так: величина тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна индуктивному сопротивлению цепи, т. е

, где I и U — действующие значения тока и напряжения, а ХL — индуктивное сопротивление цепи.

Напряжение
U, В

Сила тока
I, мА

Индуктивное сопротивление
XL, Ом

Частота
ν, Гц

Индуктивность
L, мГн

Источник

Определение индуктивности катушки в цепи переменного тока.

Цель работы:определить индуктивность катушки в цепи переменного тока опытным путём.

Теория: Один из способов определения индуктивности катушки основан на том, что проволочная катушка, включённая в цепь переменного тока, кроме активного сопротивления R, определяемого материалом, размерами и температурой проволоки, создаёт дополнительное сопротивление XL, обусловленное явлением самоиндукции, и называемое индуктивным сопротивлением. Значение этого индуктивного сопротивления пропорционально индуктивности L и частоте колебаний , т.е.

При этом полное сопротивление катушки Z переменному току определяется по формуле:

Из этих двух уравнений можно найти индуктивность:

Следовательно, чтобы определить индуктивность катушки, необходимо знать частоту переменного тока, полное и активное сопротивление. Активное сопротивление определяют омметром. Полное сопротивление находят, пользуясь законом Ома для цепи переменного тока: (4). Частота , в данной лабораторной работе, равна частоте сети переменного тока, т.е. 50 Гц.

Приборы и принадлежности: катушка дроссельная (КД), регулируемый источник электропитания, лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) и понижающий трансформатор, ампервольтметр, амперметр переменного тока, вольтметр переменного тока, ключ замыкания тока, комплект проводов соединительных.

Порядок проведения работы:

1.Определить с помощью ампервольтметра активное сопротивление R дроссельной катушки. 1.1.Определить цену деления амперметра

1.2. Определить цену деления вольтметра.

2.Собрать электрическую цепь по схеме, приведённой на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1.

2.1. Замкнуть электрическую цепь.

2.2. С помощью ЛАТРа установить значение напряжения на катушке дроссельной КД, равное 10 В и с помощью амперметра определить силу тока I в

2.3. Установить значение напряжения на катушке 20В, 30В, 40В, 50В и определить соответствующие им токи.

2.4.По формуле (4) для каждого измерения рассчитать значения Z.

3. Сделайте вывод о зависимости полного сопротивления цепи от напряжения.

3.1. Вычислить среднее значение Z по формуле:

3.2. Сопоставить измеренное значение R и вычисленное значение Zср. Если Zср много больше, чем R, то значением R можно пренебречь, и значение индуктивности L рассчитывается по формуле: .

3.3. Сравнить L, вычисленную в лабораторной работе, с номинальным значением Lн, нанесённой на катушке ДК.

3.4. Определить погрешность измерения .

4. Результат измерений и вычислений занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.

U, В Zср, Ом L,Гн ,%
I, A
Z, Ом

5.Сделать вывод о проделанной работе.

6. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Почему для постоянного тока катушки имеют меньшее сопротивление, а для переменного – большее?

2. Почему индуктивное сопротивление катушки возрастает при внесении в неё железного сердечника?

3. Почему при размыкании цепи с индуктивностью в месте разрыва возникает дуга?

4. Как изменится индуктивное сопротивление катушки, если увеличится частота переменного тока?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник



ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13. «Определение индуктивности катушки».

«Определение индуктивности катушки».

Цель и задачи лабораторной работы № 13.

— Научиться определять индуктивность катушки.

1.2. Задачи работы.

— Закрепление навыков сборки электрических цепей.

— Закрепление навыков пользования миллиамперметром и

вольтметром переменного тока.

Содержание лабораторной работы№ 13.

2.1. Теоретическая часть.

— Знакомство с расчетом индуктивности катушки ( 10 мин.)

2.2. Практическая часть.

— Сборка схемы. Снятие показаний миллиамперметра и вольтметра

при различных положениях регулятора тока ( 1 час.)

— Заполнение бланка отчета и защита работы ( 20 мин.)

Оборудование.

— Низковольтный источник переменного тока.

— Миллиамперметр переменного тока.

— Вольтметр переменного тока.

Рекомендации студентам по выполнению лабораторной работы.

— Индуктивное сопротивление катушки ХL определяется

Где n — частота, Гц;

L — индуктивность, Гн;

По закону Ома: I = U / ХL (2)

Отсюда ХL= U / I (3)

4.2. Порядок выполнения работы.

— Собрать электрическую цепь, соединив последовательно

катушку и миллиамперметр переменного тока.

— Установить переключатель на миллиамперметре

в положение 1 А.

— Собранную цепь подключить к клеммам переменного

напряжения на источнике тока.

— Регулятор напряжения на источнике тока установить

на нулевую отметку.

— Включить источник тока. Постепенно увеличивая

напряжение и следя за показаниями миллиамперметра,

измерить силу переменного тока при трех значениях

напряжения. Напряжение можно измерять по показаниям

вольтметра на источнике тока.

— При включенном напряжении нельзя доставать сердечник

— Рассчитать индуктивность катушки по формуле 5

где n = 50 Гц; p = 3,14;

— Полученный результат занести в таблицу 1.

— Найти среднее значение индуктивности по формуле 6.

Lср= ( L1+ L2+ L3 ) / 3 (6)

— Найти относительную погрешность измерений методом

среднего арифметического. Для этого надо найти

— Найти DLср по формуле 10.

DLср= (DL1 + DL2 + DL3 ) / 3 (10)

— Найти относительную погрешность по формуле 11.

g = DLср/ Lср* 100 % (11)

— Все результаты занести в таблицу 1.

Вопросы для самоконтроля.

— Можно ли включать катушку в сеть постоянного тока ?

— Определить индуктивность катушки, если при токе 6,2 А

ее магнитное поле обладает энергией 0,32 Дж.

— За сколько времени в катушке с индуктивностью 240 мГн

происходит нарастание тока от нуля до 11,4 А, если при

этом возникает средняя ЭДС самоиндукции 30 В ?

БЛАНК ОТЧЁТА О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 13.

«Определение индуктивности катушки»

Таблица 1. Результаты измерений индуктивности катушки.

U1, В U2, В U3, В I1, А I2, А I3, А L1, Гн L2, Гн L3, Гн Lср, Гн g, %

Работу выполнил студент Работу принял преподаватель

«_____»_____________20 «_____»______________ 20

номер по журналу и подпись подпись

Дата добавления: 2014-10-31 ; просмотров: 13 ; Нарушение авторских прав

Источник