Лабораторна робота № 3. 9. Визначення індуктивності котушки і дроселя

Мета роботи: вивчити явище самоіндукції; визначити індуктивність котушки і дроселя.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: явище електромагнітної індукції; правило Ленца; явище самоіндукції; індуктивність.

Література: [ 1, т.2, §§ 10.1, 10.2, 10.4; 2, §§ 122, 123, 126; 3, §§ 9.8, 9.9; 4, т.2, §§ 60, 61, 64; 7, §§ 3.3.8-3.3.10].

Перед виконанням слід ознайомитися з вказівками до робіт
№ 3.6, № 3.8.

Якщо у провідному контурі протікає струм , то в просторі виникає магнітне поле, індукція якого в кожній точці за законом Біо – Савара – Лапласа пропорційна силі струму. В результаті контур пронизує власний магнітний потік (або з контуром зчеплений магнітний потік), величина якого пропорційна силі струму:

, (3.9.1.)

де – індуктивність контуру.

Індуктивність контуру – це коефіцієнт пропорційності, який не залежить від сили струму й індукції магнітного поля, а є однозначною характеристикою провідного контуру, що визначається формою і розмірами контуру, а також магнітними властивостями навколишнього середовища.

Котушка довжиною з N витками заповнена матеріалом з магнітною проникністю , має індуктивність:

, (3.9.2)

де S – площа перерізу котушки. Котушку, в яку вставлене осердя з матеріалом, магнітна проникність котрого , називають дроселем.

Явище виникнення індукційного струму в провіднику внаслідок зміни магнітного потоку, зумовленої зміною струму в тому самому провіднику, називають самоіндукцією.

Величина електрорушійної сили самоіндукції була визначена американським фізиком Дж. Генрі (за ):

. (3.9.3)

З останнього виразу випливає, що індуктивність - це характеристика, що визначає міру інертних властивостей провідника стосовно зміни струму, чисельно дорівнює тій ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі за швидкості зміни сили струму в ньому 1А за 1с:

.

Якщо до котушки індуктивністю L прикласти змінну напругу частоти :

,

то струм у колі:

, (3.9.4)

де величину називають індуктивним опором.

Провідник, з якого виконано котушку, має омічний (активний) опір R. В результаті повний опір котушки індуктивності:

. (3.9.5)

Змінний струм з циклічною частотою w характеризують частотою , тому з формули (3.9.5) випливає, що

. (3.9.6)

Тобто омічний опір R та повний опір Z котушки індуктивності (або дроселя) можна визначити так:

та , (3.9.7)

де U _о, U − напруга на котушці відповідно за постійного та змінного струму; I _о, I − відповідно сила постійного та змінного струму.

Для знаходження активного опору котушки використовують постійний струм. Прилади вмикають у коло за схемою, поданою на рис. 3.9.1. Джерелом постійного струму є випрямляч.

А

V

Рис. 3.9.1

А

V

~

Рис. 3.9.2

Для знаходження повного опору котушки без осердя Z та котушки з осердям (дроселя) Z ₁ використовують змінний струм. Коло складають за схемою, поданою на рис. 3.9.2.

Опір R, Z і Z ₁ слід визначати не менш ніж три рази за струму різної сили, а потім розрахувати середні значення цих величин.

У разі розмикання або замикання електричних кіл сила струму в них різко змінюється, що призводить до виникнення струмів самоіндукції, які називають екстраструмами самоіндукції.

Для екстраструму розмикання .

Для екстраструму замикання .

Якщо електричне коло містить котушки з великими значеннями індуктивності , то екстраструми розмикання в таких колах можуть значно перевищувати струми в колі від джерела. Часто це стає причиною яскравого спалаху лампочок і плавлення запобіжників внаслідок розмикання електричних кіл споживачів. Великі струми самоіндукції через швидке вимкнення спричиняють пробій повітряного проміжку між контактами вимикачів і появу дугового розряду, що призводить до плавлення контактів. Для гасіння дуги в коло вмикають конденсатори. Явище самоіндукції використовують в пускачах ламп денного освітлення для запалювання газового розряду.

Дата добавления: 2015-05-24