Измерение индуктивности катушки

Работа 12. Измерение индуктивности катушки (11 класс)
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Определение индуктивности катушки в цепи переменного тока
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ
Катушка индуктивности в цепи переменного тока обладает не только омическим
сопротивлением R, определяемым свойствами проводника. Возникающая в катушке ЭДС
самоиндукции в соответствии с правилом Ленца направлена против внешней ЭДС, что
приводит к появлению индуктивного сопротивления XL, пропорционального частоте ν
переменного тока:
X L  L  2 L ,
где L – индуктивность катушки, ω – циклическая частота.
Колебания напряжения и силы тока не совпадают по фазе, поэтому закон Ома для их
мгновенных значений неприменим. Закон Ома для участка цепи переменного тока,
содержащего катушку индуктивности, можно применить для амплитудных значений
напряжения Um и силы тока Im:
Im 
Um
ZL
Полное сопротивление катушки переменному току в этом случае определяется
выражением:
Z L  R2  X L
2
ОБОРУДОВАНИЕ
 Источник переменного напряжения c регулируемой частотой изменения
выходного напряжения, например, генератор ГЗ-118 (Uвых 5В)
 Источник постоянного напряжения, например, "Марс" (U0 = 0 -5 В)
 Катушка с сердечником (с индуктивностью 1Гн)
 Соединительные провода
 Датчик тока 2,5 А
 Датчик напряжения.
 Регистратор данных
 Карманный компьютер (КПК) и/или ПК
МОНТАЖ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
1. Соберите схему в соответствии с рис. 1.
Рис.1
2. Подключите датчики к регистратору данных, а регистратор данных к КПК или ПК
УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРЕНИЯ
 Частота замеров в секунду – 20ν, где ν - частота переменного напряжения.
 Длительность – 10 секунд или вручную.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Подготовьте КПК (или ПК) для проведения опыта.
2. Включите источник переменного напряжения, проведите пробный эксперимент и
предварительную регистрацию данных. Убедитесь в удачном выборе параметров
измерений, при которых на экране наблюдаются графики колебания напряжения и
силы тока. При необходимости скорректируйте настройки.
3. Начните регистрацию данных – колебаний силы тока и напряжения.
4. Внесите на график Комментарий со значением частоты переменного тока, сняв
показания с генератора или вычислив его на основании анализа периода функции
I(t) на графике. Сохраните результат эксперимента.
5. Вместо источника переменного напряжения включите источник постоянного
напряжения.
6. Повторите пп.3-4 для определения постоянных значений силы тока и напряжения.
7. Сфотографируйте установку для включения фотографии в отчет.
ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Поочерёдно откройте файлы опытов на КПК или ПК.
2. Используя данные, полученные в п.п.5,6 этапа Порядок проведения
эксперимента, рассчитайте R – активное сопротивление катушки.
3. Используя данные, полученные в п.п.2,3,4 этапа Порядок проведения
эксперимента, найдите по графику или по таблице максимальные значения силы
тока и напряжения, рассчитайте ZL – полное сопротивление катушки в цепи
переменного тока.
4. Используя полученное значение активного сопротивления катушки R и полное
сопротивление катушки ZL, рассчитайте индуктивное сопротивление XL.
5. Используя значение частоты колебаний напряжения в опытах с переменных током,
рассчитайте индуктивность катушки L.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОПРОСА И ЗАЩИТЫ ЛР
1. Что такое переменный ток?
2. Какой принцип используется для получения переменного тока?
3. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
4. В чем состоит правило Ленца?
5. Что такое индуктивность? От чего она зависит?
6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего
катушку индуктивности.
7. Можно ли закон Ома применить для мгновенных значений силы тока и
напряжения? Почему?
8. Что такое индуктивное сопротивление? От чего оно зависит?
9. Какие величины измеряются при выполнении лабораторной работы?
10. Какие величины нужно рассчитать при обработке результатов экспериментов?
ОТЧЕТ
Отчет выполните в виде электронного документа в текстовом редакторе. Он должен
содержать:
 формулировку цели,
 основные формульные формулировки физических законов, описывающих
изучаемое явление,
 фотографию схему установки для проведения опыта,
 значения измеряемых величин в виде таблицы,
 графики зависимости измеряемых величин от времени,
 результаты расчетов,
 оценку точности определения индуктивности предложенным методом.