- лабораторный модуль;
- генератор гармонических колебаний- GFG 8219A;
- два цифровых мультиметра: типа «DT830B», используемого в качестве вольтметра «PV1» и типа «UT 60D», используемого в качестве милливольтметра «PV2»;
- два адаптера типа «AC DC», используемых в качестве источников питания измерительных приборов.
Лабораторная установка (рис. 2) включает в себя панель с однополюсными розетками 1, генератор гармонических колебаний 2 и выносной элемент, состоящий из коаксиально смонтированных малой 3 и большой катушек индуктивности 4. Малая катушка может вращаться относительно большой, ось вращения малой катушки лежит в плоскости большой катушки и совпадает с ее диаметром.
|
| Рис. 2 |
На лабораторной полке смонтирована панель с однополюсными розетками для сборки электрической цепи установки. Генератор подсоединяется к розеткам 1 и 2, катушки индуктивности к розеткам 3, 4 и 7, 8 соответственно. Мультиметр в режиме измерения напряжения подключается к розеткам 7, 8 или 9, 8 в зависимости от выполняемого задания.
Подаваемое на одну из катушек напряжение от генератора изменяется по закону 
= U0coswt. Так как в цепь генератора может быть включено сопротивление R, то возможны два метода определения взаимной индуктивности.
Предположим, к генератору подключёна большая катушка (рис. 3). Мгновенное значение тока в катушке 1 определяется из закона Ома для цепи переменного тока:
, (13)
 |
где R — сопротивление в цепи генератора, Ом; R1 – омическое сопротивление соленоида, Ом; L1 — индуктивность большой катушки, Гн; w — циклическая частота, рад/с.
Подставляя уравнение (13) в (6), получаем выражение для переменной ЭДС взаимной индукции в катушке 2:
,
амплитуда которой равна:
. (14)
Рассмотрим случай R 1 + R >> w L 1. Приняв, что R >> R 1, так как омическое сопротивление медного провода катушек достаточно мало, получим:
E0 = 
,
или 
.
Здесь n — частота гармонических колебаний.
Поскольку действующие значения ЭДС E21 напряжения генератора Uг связаны с соответствующими мгновенными значениями соотношениями 
и 
, то можно записать:
. (15)
Можно найти взаимную индукцию L12 = L21 также иначе. Если при сборке схемы поменять местами большую и малую катушки, то, рассуждая аналогично приведённому выше, получим:
(16)
где E12 — действующее значение ЭДС в большой катушке, В; L2 — индуктивность малой катушки, Гн.
Задание №1: Определение взаимной индуктивности при наличии в цепи генератора резистора R
1. Изучите состав лабораторной установки и ознакомьтесь с размещением приборов на рабочем месте.
2. Согласно рис. 2 подключить большую катушку «L2» к панели с выносными розетками: красный провод подсоединить к гнезду 3, черный – к гнезду 4.
3. Согласно рис. 2 подключить малую катушку «L1» к панели с выносными розетками: красный провод подсоединить к гнезду 5, черный – к гнезду 6. Электрическая принципиальная схема встречного включения катушек приведена на рис.3.
4. Генератор гармонических колебаний GFG 8219A имеет стационарное подключение к гнездам 1, 2 панели с выносными розетками.
5. Согласно рис. 2 подключить мультиметр «РV1» (вольтметр) к панели с выносными розетками: красный провод подсоединить к гнезду 1, черный – к гнезду 2.
6. Согласно рис. 2 подключить мультиметр «РV2» (милливольтметр, закреплён стационарно) к панели с выносными розетками: красный провод подсоединить к гнезду 7, черный – к гнезду 8.
7. Установить органы управления приборов в исходное состояние:
- На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A все регуляторы повернуть против часовой стрелки до упора;
- Переключатель режимов на измерительных приборах «РV1» и «РV2» установить в положение «OFF».
8. Подключить к электрической сети генератор гармонических колебаний и адаптеры измерительных приборов.
9. Включить приборы:
- На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A нажать кнопку «POWER»;
- На мультиметре «РV1» (вольтметре) переключателем режимов установить предел измерения переменного напряжения «~ 200 V».
- На мультиметре «РV2» (милливольтметре) переключатель режимов установить в положение «~V». Нажатием «синей» кнопки установить режим измерения переменного напряжения, при этом на цифровом табло должен появиться индекс «АС».
10. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A нажать кнопки «10К» и «~».
11. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A плавно вращая регулятор установки частоты «FREQUENCY» по указанию преподавателя установить частоту генератора в интервале от 10 до 15 кГц.
12. Плавно вращая регулятор уровня выходного сигнала «AMPL» на генераторе гармонических колебаний GFG 8219A установить заданное преподавателем значение напряжение в интервале 4-6 В.
13. Величину выходного напряжения сигнала генератора определить по показаниям мультиметра «РV1» (вольтметра).
14. Установить малую катушку в плоскости перпендикулярной плоскости большой катушки (значение отсчетного угла a = 0°). Отсчет угла производить по шкале транспортира.
15. Поворачивая малую катушку через угол a = 15°, по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра) определить значения ЭДС взаимной индукции E12.
16. Результаты измерений ЭДС взаимной индукции E12 по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра) занести в таблицу 1.
Указание! Величину напряжения генератора при проведении измерений необходимо поддерживать постоянной.
17. Поменять местами в измерительной цепи большую и малую катушки:
- Отключить большую катушку «L2» от панели с выносными розетками;
- Отключить малую катушку «L1» от панели с выносными розетками;
- Согласно рис. 2 подключить малую катушку «L1» к панели с выносными розетками: красный провод подсоединить к гнезду 3, черный – к гнезду 4.
- Согласно рис. 2 подключить большую катушку «L2» к панели с выносными розетками: красный провод подсоединить к гнезду 5, черный – к гнезду 6.
18. Установить малую катушку в плоскости перпендикулярной плоскости большой катушки (значение отсчетного угла a = 0°). Отсчет угла производить по шкале транспортира.
19. Поворачивая малую катушку через угол a = 15°, по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра) определить значения ЭДС взаимной индукции E21.
20. Результаты измерений ЭДС взаимной индукции E21 по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра) занести в таблицу 1.
Указание! Величину напряжения генератора при проведении измерений необходимо поддерживать постоянной.
21. По окончанию измерений подключить катушки согласно пунктам 2-3.
Задание № 2: Изучение зависимости ЭДС индукции от частоты и напряжения генератора
22. Установить малую катушку в плоскости большой катушки (значение отсчетного угла a = 90°).
23. Плавно вращая регулятор уровня выходного сигнала «AMPL» на генераторе гармонических колебаний GFG 8219A установить заданное преподавателем значение напряжение в интервале 4-6 В.
24. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A плавно вращая регулятор установки частоты «FREQUENCY» установить значение частоты генератора n = 3 кГц.
25. Изменяя частоту в интервале от 3 до 15 кГц с шагом 1 кГц регулятором установки частоты «FREQUENCY» нагенераторе гармонических колебаний, по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра) определить значения ЭДС взаимной индукции E12.
26. Результаты измерений частоты n по показаниям цифрового индикатора генератора и ЭДС взаимной индукции E12 по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра), занести в таблицу 2.
Указание! Величину напряжения генератора при проведении измерений необходимо поддерживать постоянной.
27. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A плавно вращая регулятор установки частоты «FREQUENCY» установить частоту генератора n = 10 кГц.
28. Плавно вращая регулятор уровня выходного сигнала «AMPL» на генераторе гармонических колебаний GFG 8219A установить значение напряжение Uг равное 1 В.
29. Величину выходного напряжения сигнала генератора определить по показаниям мультиметра «РV1» (вольтметра).
30. Изменяя регулятором уровня выходного сигнала «AMPL» на генераторе гармонических колебаний GFG 8219A напряжение генератора в интервале 1 – 6 В с шагом 0,5 В, по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра) определить значения ЭДС взаимной индукции E12.
31. Результаты измерений выходного напряжения сигнала генератора Uг по показаниям мультиметра «РV1» (вольтметра) и ЭДС взаимной индукции E12 по показаниям мультиметра «РV2» (милливольтметра), занести в таблицу 3.
32. По окончанию измерений выключить приборы:
- Переключатель режимов на измерительных приборах «РV1» и «РV2» установить в положение «OFF».
- На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A все регуляторы повернуть против часовой стрелки до упора и нажать кнопку «POWER».
Таблица 1
| a, ° | E21, мВ | L21, мГн | E12, мВ | L12, мГн | L21ср, мГн |
| … |
Таблица 2
| № | n, Гц | E12, мВ |
| … n |
Таблица 3
| № | Uг, В | E12, мВ |
| … n |
