Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой

1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой, представленной на рис. 3. Обозначения на рис. 3: SA1, SA2 - выключатели, PA - амперметр, PV1, PV2 - вольтметры, RР1, RР2 - реостаты, T - трансформатор.

Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru

Рис. 3

После проверки электрической цепи преподавателем

И разрешения с его стороны

2. При разомкнутом ключе SA2 (режим холостого хода), изменяя положение движка потенциометра RP1 в указанных преподавателем пределах, снять показания вольтметров PV1 и PV2. Измеренные напряжения U1 и U2 записать в таблицу 1.

3. Замкнуть ключ SA2 и в режиме нагрузки движком потенциометра RP1 установить указанное преподавателем напряжение первичной обмотки U1=const. Изменяя реостатом RP2 ток нагрузки I2во вторичной обмотке от нуля до максимального значения, измерить токи I2 и соответствующие им напряжения U2. Полученные значения I2 и U2 занести в таблицу 2 и по этим данным построить график внешней характеристики U2 =f (I2) при U1 = const. По графику внешней характеристики определить напряжение холостого хода U2хх и ток короткого замыкания I2кз.

4. По измеренным данным в режиме холостого хода рассчитать коэффициент трансформации к трансформатора, абсолютную <Dк> и относительную dк погрешности его измерения.

Таблица 1

Режим холостого хода

  № Показания приборов   Расчетные величины
U1, B U2, B к <к> <Dк> dк, %
             
       
       
       
       
                 

Таблица 2

Режим нагрузки

U1, В  
U2, В                    
I2, А                    

Контрольные вопросы

1. Устройство и принцип работы трансформатора.

2. От чего зависят величины ЭДС обмоток трансформатора?

3. Как выполняют режим холостого хода и короткого замыкания? С какой целью это делают?

4. Параметры и характеристики трансформатора.

5. Потери в трансформаторе, методы их уменьшения.

6. Явление электромагнитной индукции и закон Фарадея. Правило Ленца.

7. Явление самоиндукции.

Рекомендуемая литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1994. § 122, 123, 128, 129 .

2. Савельев И.В. Курс общей физики. М: Наука, 1978. Т. 2. § 60, 66.

3. Грабовский Р.И. Курс физики. С-Пб.: Лань, 2002. Часть П, § 33, 34.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-06

Определение горизонтальной составляющей

Напряженности магнитного поля Земли

Цель работы: изучить устройство тангенс-гальванометра, определить горизон-

тальную составляющую магнитного поля Земли с помощью тангенс-

гальванометра.

Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, амперметр, ис­точник постоян-

ного тока, переключатель, соединительные провода.

Теория работы

Планета Земля в целом представляет собой магнит, полюса которого отклонены от географических полюсов на угол 11,50, что вдоль поверхности Земли составляет расстояние ~300 км. Магнит­ный полюс Земли, расположенный вблизи географического севера, называется южным (S) магнитным полюсом, а магнитный полюс, расположенный вблизи географического юга - северным (N) магнитным полюсом.

Существование магнитного поля Земли (геомагнитного поля) обязано, скорее всего, гидродинамическим процессам в жидком металлическом ядре Земли, т.е. связано с конвективными движениями электропроводящей жидкости земного ядра. До настоящего времени остаются неизвестными источники энергии, возбуждающие конвективное движение в ядре Земли.

Напряженность Н геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору от 55,7 до 33,4 А/м за счет сгущения магнитных силовых линий у полюсов и разрежения у экватора.

Магнитное поле Земли имеет дипольный характер, т.е. подобно магнитному полю прямого магнита (рис. 1).

Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru

Рис. 1

Силовые линии геомагнитного поля исходят из северного (N) магнитного полюса и входят в южный (S) магнитный полюс. Точки схождения силовых линий геомагнитного поля лежат не на самой поверхности Земли, а под ней. По отношению к поверхности Земли силовые линии вертикальны на магнитных полюсах и горизонтальны на экваторе. В иных точках Земли силовые линии и вектор напряженности магнитного поля Н (касательный к силовой линии в каждой ее точке) наклонены к поверхности под некоторым углом, величина которого изменяется (в зависимости от положения рассматриваемой точки) в пределах от 0 (на экваторе) до 900 (на магнитных полюсах).

Таким образом, в любой точке (например, точке К на рис. 1) силовая линия геомагнитного поля и вектор Н, касательный к ней в этой точке, располагаются под определенным углом к вертикали. Следовательно, его можно представить как сумму горизонтальной Нt и вертикальной Нпсоставляющих. Магнитная стрелка компаса в любой точке Земли устанавливается в плоскости магнитного меридиана под действием горизонтальной составляющей Нt напряженности Н геомагнитного поля.

Если с помощью кругового тока около магнитной стрелки создать еще одно магнитное поле НI, то стрелка установится по направлению равнодействующей обоих магнитных полей. Так как магнитное поле НI кругового тока нетрудно вычислить, зная ток, то горизонтальную составляющую напряженности земного маг­нитного поля можно определить по углу a отклонения стрелки и величине магнитного поля НI кругового тока. Именно таким образом в данной лабораторной работе определяется горизонтальная составляющая магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра.

Тангенс-гальванометр представляет собой обмотку из нескольких круговых проводников (витков) и помещенной в ее центре на вертикальном острие легкой магнит­ной стрелки. При отсутствии тока в обмотке магнитная стрелка ориентируется вдоль горизонтальной составляющей магнитного поля Нt Земли. При протекании тока в витках обмотки появляется собственное магнитное поле НI тангенс-гальванометра, и магнитная стрелка устанавливается вдоль равнодействующей

Н =Нt + НI, магнитных полей, поворачиваясь на угол a. Установим зависимость между углом a поворота магнитной стрелки и горизонтальной составляющей магнитного поля Нt Земли.

Элементарная напряженность магнитного поля dН= Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru , cоздаваемая элементом длины dl= Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru проводника с токомI в точке наблюдения c радиусом-вектором r= Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru определяется по закону Био-Савара-Лапласа в дифференциальной форме:

Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru . (1)

Направление вектора Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru определяется векторным произведением Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru по правилу правого винта (буравчика): еслипри переходе от вектора Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru к вектору Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru головка винта (ручка буравчика) вращается по часовой стрелке (или против), то направление движения острия винта определяет направление вектора элементарной напряженности магнитного поля Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru .

При прохождении тока I по каждому витку тангенс-гальванометра модуль напря­женности магнитного поля Н1 в центре кругового витка с током I может быть определен по закону Био-Савара-Лапласа в интегральной форме:

Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru (2)

где R - радиус витка тан­генс-гальванометра.

Величина напряженности магнитного поля обмотки с N витками тангенс-гальванометра определяется по формуле

Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru (3)

  Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru     Рис. 2   Если контур тангенс-гальванометра установить строго в плоскости магнит­ного меридиана Земли, то горизонтальная составляющая магнитного поля Земли Нt и поле НI кругового тока в центре контура окажутся взаимно перпендикулярными (рис. 2). Тогда Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru и с учетом (3) получим

Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru (4)

Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь установки в соответствии со схемой - student2.ru

Наши рекомендации