Ć W I C Z E N I E N R E-7

Transkrypt

1 NSTYTT FYK WYDAŁ NŻYNER PRODKCJ TECHNOOG MATERAŁÓW POTECHNKA CĘSTOCHOWSKA PRACOWNA EEKTRYCNOŚC MAGNETYM Ć W C E N E N R E-7 WYNACANE WSPÓŁCYNNKA NDKCJ WŁASNEJ CEWK

2 . agadnienia do przetudiowania 1. jawiko indukcji elektromagnetycznej.. Siła elektromotoryczna indukcji włanej. 3. Wpółczynnik indukcji włanej (en fizyczny, wzór, jednotka). 4. Opór cewki w obwodzie elektrycznym zailanym prądem tałym i przemiennym.. Wprowadzenie teoretyczne Celem ćwiczenia jet wyznaczenie wpółczynnika indukcji włanej cewki metodą pomiaru napięcia i natężenia prądu tałego i przemiennego. Wiadomym jet, że prąd elektryczny o natężeniu, płynąc przez zamknięty prze- wodnik, wywołuje (indukuje) wokół przewodnika pole magnetyczne, którego trumień magnetyczny opiany jet wzorem (1) gdzie jet wpółczynnikiem indukcji albo indukcyjnością. Jeżeli przez przewodnik płynie prąd o natężeniu zmieniającym ię w czaie t, tj. (t), wówcza oberwuje ię powtanie iły elektromotorycznej amoindukcji, która przeciwdziała wywołującym ją zmianom natężenia prądu. Siła elektromotoryczna amoindukcji wyraża ię wzorem dl () dt ndukcyjność zależy od kztałtu przewodnika i ma niezerową wartość dla przewodników krzywoliniowych, na przykład cewek. ndukcyjność cewek określa wzór n S l (3) gdzie: n - liczba zwojów, μ - przenikalność magnetyczna materiału znajdującego ię wewnątrz cewki, S - przekrój poprzeczny cewki, l - długość cewki. Jednotką indukcyjności jet henr, którą w oparciu o wzór (), można zdefiniować natępująco: obwód ma indukcyjność jednego henra (H), jeżeli zmiana natężenia prądu o jeden amper w ciągu jednej ekundy wywołuje iłę elektromotoryczną amo- indukcji równą jednemu woltowi 1 V 1H 1A W wyniku zjawika amoindukcji pojawia ię w cewce dodatkowy opór bierny zwany reaktancją R. W przypadku toowania prądu przemiennego inuoidalnego reaktancja R wyraża ię wzorem

3 R (4) gdzie ω jet pulacją (czętością kołową) prądu. W praktyce potykamy ię ze zjawikiem amoindukcji, inaczej indukcji włanej - (dotyczy to pojedynczego obwodu) i zjawikiem indukcji wzajemnej - dotyczy to dwóch i więcej obwodów oddziałujących na iebie. Metoda pomiaru wpółczynnika indukcji W obwodzie prądu tałego cewka poiada tylko opór czynny (rezytancję) R, który obliczamy w oparciu o prawo Ohma R (5) W obwodzie prądu przemiennego cewka ma dodatkowy opór zwany reaktancją. Całkowity opór cewki w tym przypadku nazwany impedancją, wyraża ię wzorem R R R (6) mpedancję można wyznaczyć, mierząc wartości kuteczne napięcia oraz natężenia zgodnie ze wzorem (7) Przekztałcając równanie (6), otrzymujemy wzór pozwalający obliczyć wpółczynnik indukcji włanej badanej cewki R (8) Pulację ω wyraża ię wzorem ω = πf, przy czym f - czętotliwość prądu zmiennego. W polkiej ieci energetycznej f = 50 Hz.. etaw pomiarowy Autotranformator, zailacz prądu tałego i przemiennego, cewka, dwa mierniki uniweralne do pomiaru napięcia i natężenia prądu, opornik dekadowy. 3

4 V. Schematy układów pomiarowych: Schemat 1. Podłączenie cewki do prądu przemiennego Schemat. Podłączenie cewki do prądu tałego V. Przebieg ćwiczenia 1. Połączyć obwód elektryczny (zgodnie ze chematem 1), który jet zailany prądem przemiennym. Dokonać pomiaru i dla cewki bez rdzenia i z włożonym rdzeniem talowym dla trzech wartości oporu R D (00, 400, 600 Ω), a wyniki pomiarów wpiać do tabeli 1.. Połączyć obwód zgodnie ze chematem, który jet zailany prądem tałym. Dokonać pomiaru i dla cewki bez rdzenia i z włożonym rdzeniem talowym dla trzech wartości oporu R D (00, 400, 600 Ω), a wyniki pomiarów wpiać do tabeli. 3. Parametry mierników pomiarowych wpiać do tabeli 3. 4

5 V. Tabele pomiarów i wyników TABEA 1 R d Cewka bez rdzenia Cewka z rdzeniem TABEA R d Cewka bez rdzenia Cewka z rdzeniem TABEA 3 Klaa miernika akre miernika Wartość najmniejzej działki Niepewność pomiarowa Woltomierz Amperomierz Woltomierz Amperomierz TABEA 4 Opór dekadowy mpedancja Cewka bez rdzenia Opór Cewka z rdzeniem Wpółczynnik Wpółczynnik mpedancja Opór indukcji cewki indukcji cewki R d R R

6 V. Opracowanie wyników pomiarów 1. Na podtawie wzorów R i obliczyć wartości rezytancji R i impedancji.. Obliczyć błędy R i zgodnie ze wkazówkami zawartymi w rozdziale V. Rachunek błędu, a natępnie dokonać toownych zaokrągleń wartości R i R oraz i. 3. Korzytając ze wzoru R, obliczyć indukcyjność badanej cewki. Obliczenia wykonać z wykorzytaniem zaokrąglonych wartości R i oraz ω = πf, gdzie f = 50 Hz. 4. Obliczyć błędy wartości zgodnie ze wkazówkami zawartymi w rozdziale V i dokonać toownych zaokrągleń wartości i. 5. Wyniki obliczeń wpiać do tabeli 4. V. Rachunek błędu Błąd bezwzględny pomiaru obliczyć metodą różniczki zupełnej R R (9) Po wykonaniu różniczkowania i zatoowaniu operacji modułu wartości bezwzględnej otrzymujemy R R R R (10) Wykorzytując zależność (8), możemy równanie (10) zapiać inaczej R R (11) Aby obliczyć R, należy obliczyć różniczkę zupełną ze wzoru (5) R R R Po wykonaniu różniczkowania i zatoowaniu operacji modułu uzykujemy 1 R otatecznie otrzymujemy 6

7 R R (1) Analogiczna procedura zatoowana odnośnie do wzoru (7) prowadzi do wyrażenia na (13) iteratura 1. Ćwiczenia laboratoryjne w politechnice, praca zbiorowa pod red. T. Rewaja, PWN, Warzawa ech J., Opracowanie wyników pomiarów w laboratorium podtaw fizyki, Wydawnictwo Wydziału nżynierii Proceowej, Materiałowej i Fizyki Stoowanej PCz, Czętochowa Maalki J., Maalka M., Fizyka dla inżynierów - Fizyka klayczna, Tom, Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, Warzawa Szydłowki H., Pracownia fizyczna wpomagana komputerem, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warzawa