САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Лаборатория ТОЭ
Лабораторная работа №4:
Исследование магнитного поля цилиндрической катушки
Работу выполнили
студент группы 3022/2
Маврина Е.С.
Судаков А.К.
"7" апреля 2005г.
Преподаватель
Кияткин Р.П.
Санкт – Петербург
2004г.
Исследование магнитного поля цилиндрической катушки
Цель: исследование распределения напряженности магнитного поля вдоль оси короткой цилиндрической катушки с током, как при отсутствии, так и при наличии ферромагнитного сердечника. Также результатами опытов иллюстрируется закон полного тока.
Принципиальная схема установки:
Исходные данные эксперимента:
Цилиндрическая катушка число витков W=3450
длина l=496мм
средний диаметр d=69мм
Образцовый соленоид число витков перв. катушки W=604
число витков втор. катушки W=150
длина l=950мм
средний диаметр d=57мм
Измерительная катушка число витков W=200
средний диаметр d=10,7мм
Магнитный пояс число витков на ед. длины W'=2680
средний диаметр d=10мм
Опыт 1. При отсутствии ферромагнитного сердечника
Градуировка гальванометра: I=1A
Измерения проводились при токе I = 1A
Результаты измерений и расчетов сведены в Таблицу 1
Таблица 1.
x, см |
α, дел |
H, А/м |
0 |
40 |
16297,22 |
0,01 |
39 |
15889,79 |
0,02 |
39,5 |
16093,5 |
0,03 |
41 |
16704,65 |
0,04 |
40 |
16297,22 |
0,05 |
41 |
16704,65 |
0,08 |
40 |
16297,22 |
0,09 |
39 |
15889,79 |
0,1 |
36 |
14667,5 |
0,11 |
34 |
13852,64 |
0,12 |
33 |
13445,21 |
0,13 |
32 |
13037,77 |
0,14 |
24 |
9778,331 |
0,15 |
20 |
8148,609 |
0,17 |
10 |
4074,305 |
0,19 |
6,5 |
2648,298 |
0,21 |
2 |
814,8609 |
0,23 |
1,5 |
611,1457 |
0,26 |
1 |
407,4305 |
0,3 |
0,9 |
366,6874 |
0,35 |
0,4 |
162,9722 |
0,36 |
0 |
0 |
Для строки 1:
Опыт 2. При наличии ферромагнитного сердечника
Измерения проводились при токе I = 1A
Результаты измерений и расчетов сведены в Таблицу 2
Таблица 2
x, см |
α, дел |
H, А/м |
0 |
5,5 |
3377,25 |
0,005 |
5,5 |
3377,25 |
0,01 |
4,8 |
2947,418 |
0,02 |
4 |
2456,182 |
0,03 |
4 |
2456,182 |
0,05 |
4,5 |
2763,205 |
0,07 |
5,5 |
3377,25 |
0,09 |
4 |
2456,182 |
0,1 |
5 |
3070,227 |
0,11 |
5,5 |
3377,25 |
0,12 |
5 |
3070,227 |
0,13 |
6 |
3684,273 |
0,14 |
7 |
4298,318 |
0,145 |
16,5 |
10131,75 |
0,147 |
26,5 |
16272,2 |
0,149 |
43,5 |
26710,98 |
0,15 |
55 |
33772,5 |
0,151 |
69,1 |
42430,54 |
0,153 |
65 |
39912,96 |
0,16 |
55 |
33772,5 |
0,17 |
53 |
32544,41 |
0,18 |
46 |
28246,09 |
0,19 |
45 |
27632,05 |
0,2 |
25 |
15351,14 |
0,23 |
15 |
9210,682 |
0,26 |
13 |
7982,591 |
0,3 |
5 |
3070,227 |
0,35 |
3 |
1842,136 |
0,4 |
2 |
1228,091 |
0,45 |
1 |
614,0455 |
Для строки 1:
Теоретический расчет кривой H=f(x)
Теоретический расчет производим при токе I=1A по формулам:
,
где
Таблица 3
x, см |
H, А/м |
0 |
13778,6 |
0,01 |
13777,98 |
0,02 |
13776,08 |
0,03 |
13772,84 |
0,04 |
13768,16 |
0,05 |
13761,9 |
0,08 |
13730,95 |
0,09 |
13715,22 |
0,1 |
13695,75 |
0,11 |
13671,54 |
0,12 |
12709,3 |
0,13 |
11567,43 |
0,14 |
9890,34 |
0,15 |
8200,98 |
0,17 |
4105,78 |
0,19 |
2450,934 |
0,21 |
814,876 |
0,23 |
798,23 |
0,26 |
460,78 |
0,3 |
405,78 |
0,35 |
355,1477 |
0,36 |
297,0565 |
Опыт 3. Измерение МДС при помощи магнитного пояса.
Градуировка гальванометра: I=1A
МДС пропорциональна потоку Ψ2: , при этом постоянная равна ,
а потокосцепление
Измерения проводились при токе I = 1A
Т.о. общая формула
Интегрирование для получения Fi и Fe было проведено графически путем нахождения площадей под соответствующими участками графиков. Результаты сопоставлены с непосредственными измерениями магнитным поясом.
Цена 1 клетки графика равна 5000·0,05=250А
Интегрирование опытных кривых:
Сопоставлены результаты измерения магнитным поясом и интегрирования опытной кривой H=f(x)
При отсутствии сердечника |
||||||||
Внутренняя МДС Fi,А |
Внешняя МДС Fe,А |
Суммарная МДС F, ,А |
||||||
αi |
М. пояс |
Графич. |
αe |
М. пояс |
Графич. |
α |
М. пояс |
Графич. |
82 |
4296,8 |
3850 |
14 |
733,4 |
628,7 |
92 |
4820,8 |
4478,7 |
Сопоставлены экспериментальные результаты и интегрирование опытной кривой
При наличии сердечника |
||||||||
Внутренняя МДС Fi,А |
Внешняя МДС Fe,А |
Суммарная МДС F, ,А |
||||||
αi |
Эксперим. |
Интегрир. |
αe |
Эксперим. |
Интегрир. |
α |
Эксперим. |
Интегрир. |
14 |
734,4 |
850 |
77 |
4034,8 |
4137,5 |
87 |
4769,2 |
4987,5 |
Выводы: некоторое расхождение теоретической и экспериментальной кривых при отсутствии стального сердечника имеет место во-первых из-за замены при расчете реальной катушки на эквивалентную однослойную и во-вторых при измерениях использовалась измерительная катушка конечных размеров, которая измеряет фактически среднее значение напряженности поля в пределах пространства, которое занимает катушка. Это значение несколько отличается от значения внутри катушки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.