Лабораторный практикум

Лабораторная работа № 14.
Измерение полного сопротивления
и индуктивности соленоида

Цель работы: освоить методы определения полного сопротивления обмотки соленоида и его индуктивности.

Литература: §§ 120, 122, 126, 149.

Приборы и материалы: соленоид, ферромагнитный сердечник, лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), миллиамперметр, вольтметр, нагрузочное сопротивление (реостат).

Обычно соленоидом называют свернутый в спираль изолированный проводник, по которому течет электрический ток. Он обладает значительной индуктивностью, сравнительно малым активным сопротивлением, небольшой емкостью и может быть элементом электрической цепи. В цепи переменного тока полное сопротивление соленоида будет равно:

(1.1)

где R - активное сопротивление проводника соленоида; X - реактивное, равное разности индуктивного сопротивления X_L = ωL и емкостного сопротивления X_c=1/(ωC). Ток, текущий в соленоиде, создает в окружающем пространстве магнитное поле, причем магнитный поток Ф, пронизывающий соленоид, прямо пропорционален току I: Ф = LI. Коэффициент пропорциональности L называют коэффициентом самоиндукции или индуктивностью. Индуктивность L зависит от размеров, формы и числа витков соленоида, а также от магнитной проницаемости среды (от магнитных свойств сердечника) и в системе СИ измеряется в генри ( Гн ). Формулу для полного сопротивления соленоида можно переписать в виде:

(1.2)

Для соленоида с небольшим числом витков емкостным сопротивлением можно пренебречь. Тогда получим:

(1.3)

Рис.1. Схема установки для определения индуктивности соленоида: АТ - автотрансформатор (ЛАТР); ТР - понижающий трансформатор; К - ключ; R - нагрузочное сопротивление; mA - миллиамперметр; L - соленоид; V - вольтметр.

Задание 1. Определить полное сопротивление Z соленоида.

Соберите схему в соответствии с рис. 1. Полное сопротивление соленоида можно определить по закону Ома, если измерить значение силы переменного тока в обмотке соленоида при соответствующих значениях напряжения на концах обмотки (на клеммах соленоида):

(1.4)

Измерения U и I произведите 5 раз, постепенно увеличивая значения напряжения в цепи. Данные измерений занести в табл. 1:

Таблица 1

Задание 2. Определить индуктивность соленоида L.

Из формулы (1.3) вытекает:

(1.5)

Активное сопротивление исследуемого соленоида известно и равно R = 24 Ом. Циклическая частота ω=2πv, где v=50 Гц (сетевая частота).

Таблица 2

Для каждого измеренного в задании 1 полного сопротивления Z по формуле (1.5) вычислите индуктивность соленоида без сердечника и индуктивность соленоида с сердечником. Данные расчетов занесите в табл. 2.

Контрольные вопросы

1. Что такое магнитный поток? Единицы измерения магнитного потока.
2. Что такое индуктивность? Единицы измерения индуктивности.
3. От чего зависит величина индуктивности соленоида?
4. Запишите закон Ома для цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью.
5. Как можно определить индуктивность соленоида, если известны его полное и активное сопротивления?