Реферат Курсовая Конспект
ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУМУ ЗМІЩЕННЯ - раздел Образование, Ознайомлення з приладами для вимірювання електричних величин 16.1 Мета Роботи: Ознайомитися З Рівняннями Максвелла, Довест...
|
16.1 Мета роботи: ознайомитися з рівняннями Максвелла, довести експериментально рівність струмів провідності та зміщення в колі змінного струму, що містить конденсатор.
16.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів
Змінне магнітне поле викликає появу вихрового електричного поля. Англійський фізик Максвелл прийшов до висновку, що має існувати і зворотне явище: будь-яка зміна електричного поля викликає появу вихрового магнітного поля [2-5]. Перші два рівняння Максвелла вказують на цей взаємозв’язок у взаємодії магнітного та електричного полів:
, (16.1)
. (16.2)
Ліві частини цих рівнянь визначають циркуляцію векторів напруженості електричного та магнітного полів вздовж будь-якого замкненого контуру L, Фm та Фe – потоки векторів магнітної та електричної індукції (електричного зміщення), відповідно [2]. Оскільки магнітне поле є основною обов’язковою ознакою струму, то Максвелл назвав змінне електричне поле в рівнянні (16.2) струмом зміщення
, (16.3)
на відміну від струму провідності іпр, зумовленого рухом заряджених частинок (електронів та іонів). Отже, змінне електричне поле – це струм зміщення, що, як і струм провідності, створює навколо себе магнітне поле, але, на відміну від струму провідності, не викликає виділення теплоти. В речовинах, що мають
добру провідність, струм зміщення малий і ним можна знехтувати порівняно з струмом провідності. Навпаки, в середовищах, що мають погану провідність (діелектриках) та при високих частотах струм зміщення відіграє головну роль [2–5]. Великий струм зміщення виникає, наприклад, між обкладинками конденсатора, підключеного до високочастотного генератора (ВГ) змінної напруги, як на рис.16.1.
Рисунок 16.1
В цьому колі сила струму зміщення має дорівнювати силі струму провідності. Доведемо це.
У співвідношенні (16.3) електричний потік Фe виразимо через електричне зміщення (індукцію) :
, (16.4)
де S – площа пластини конденсатора,
– зовнішня нормаль до елемента площі dS.
Вважатимемо конденсатор плоским, ємність його дорівнює
, (16.5)
де – електрична стала,
– діелектрична проникність речовини між пластинами,
l – відстань між пластинами.
Для плоского конденсатора справедливе співвідношення
, (16.6)
де Е – напруженість електричного поля між пластинками. Вона дорівнює
, (16.7)
де U – різниця потенціалів між обкладинками.
Напруга UГ на виході генератора змінюється за гармонічним законом:
UГ = U0sin ωt, (16.8)
де U0 – амплітуда, ω= 2πν – циклічна частота, ν – частота.
Враховуючи співвідношення (16.3 – 16.8) знайдемо силу струму зміщення:
У цьому виразі
(16.9)
– амплітуда струму зміщення
Знайдемо тепер амплітуду сили струму провідності i0пр. Для цього скористаємось законом Ома для кола змінного струму, що містить конденсатор:
, (16.10)
де – реактивний опір конденсатора.
Порівнявши праві частини виразів (16.9) та (16.10) можна зробити висновок, що амплітуди сил струмів зміщення та провідності однакові:
і0зм= і0пр
Струм зміщення між обкладинками конденсатора створює навколо себе таке саме змінне магнітне поле, що і струм провідності. Якщо в це поле між пластинками конденсатора помістити котушку з дротом (соленоїд), то в ній за законом Фарадея виникає ЕРС індукції та індуктивний струм, що дорівнює за величиною струму провідності у колі конденсатора. У вимірюванні цих струмів і полягає перше завдання даної роботи.
У другому завданні соленоїд підключають до генератора, змінне магнітне поле між пластинами конденсатора створює вихрове електричне поле на його пластинах.
Вимірюють струм провідності в колі конденсатора і струм „зміщення”, що створюється соленоїдом між пластинами конденсатора.
16.3 Опис лабораторної установки
Лабораторна установка складається з конденсатора ємністю С, котушки, що має індуктивність L, резистора з опором R1=10 кОм, високочастотного генератора Г та осцилографа О. Значення С та L вказані на лабораторній установці.
16.4 Порядок виконання роботи і методичні вказівки з її виконання
Завдання 1
1. Скласти схему (рис.16.2).
Рисунок 16.2
2. Встановити частоту генератора ν = 4-10 МГц та ефективну величину виходної напруги генератора UГ = 3В.
3. Виміряти за допомогою осцилографа амплітуду напруги на резисторі R та знайти його ефективне значення за формулою
.
4. Визначити силу струму провідності:
.
5. Знайти силу струму зміщення, нехтуючи індуктивним та активним опорами котушки, порівняно з опором R1: iзм= U/R1 .
6. Порівняти сили струму зміщення та провідності. Визначити похибки вимірювань, враховуючи, що абсолютна похибка всіх величин (DR, DC, Dν) складає 10 % від їх номінальних значень.
Завдання 2
1. Скласти схему (рис. 16.3), встановити таку ж частоту генератора, як в завданні 1, напруга на виході UГ = 3В.
Рисунок 16.3
2. Виміряти за допомогою осцилографа амплітуду напруги U0 на паралельному з’єднанні та R2 =10 кОм. Знайти ефективне значення: .
3. Визначити опір конденсатора RС і повний опір R паралельного з’єднання RCR2.
4. Визначити струм провідності в колі котушки L, нехтуючи її активним та індуктивним опором: .
5. Знайти силу струму i0=iC+iR за формулою .
6. Порівняти визначене значення сили струму з струмом провідності iпр. Зробити висновки. Розрахувати похибки результатів вимірювань.
16.5 Зміст звіту
Звіт має містити: мету роботи; схему лабораторної установки; результати вимірів у вигляді таблиць; результати обчислення сили струму провідності, сили струму зміщення; статистичну обробку результатів вимірювання; стислі висновки.
16.6 Контрольні запитання і завдання:
1. Що називається струмом зміщення?
2. В чому подібність і відмінність між струмом зміщення і струмом провідності?
3. Доведіть однаковість струму зміщення і струму провідності в колі, що містить конденсатор.
4. Як в завданні 1 визначають струми провідності і зміщення?
5. Як створюється струм зміщення в завданні 2?
6. Як в завданні 2 визначають струми провідності і зміщення?
7. Запишіть та поясніть рівняння Максвелла в інтегральному та диференціальному вигляді.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ... УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ... МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторних робіт з фізики частина...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУМУ ЗМІЩЕННЯ
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов