Основные расчётные соотношения и пояснения

Магнитодвижущей силой (МДС) катушки с током называют произведение числа витков катушки w на протекающий по ней ток I. Направление МДС совпадает с движением правоходового винта, если его вращать по направлению тока в обмотке. Экспериментально МДС F может быть определена с помощью магнитного пояса (зонда Роговского), представляющего собой гибкий шнур (обычно резиновые) с равномерно распределенной по всей длине обмоткой (рис.10).

Чтобы не было паразитного контура, вносящего дополнительную погрешность при измерениях, концы обмотки выводятся из одной точки пояса и должны плотно замыкаться, чтобы не нарушалось равномерное распределение витков в месте стыка. По закону полного тока

(I)

где H [A/м] – напряженность магнитного поля в рассматриваемой точке пояса, – угол между вектором и касательной к элементу пояса на участке d .

С каждым витком пояса сцепляется магнитный поток:

. (2)

где – магнитная постоянная среды (вакуума), S[м²] – поперечное сечение пояса. Полный поток, сцепленный с поясом, –

(3)

откуда

. (4)

Здесь – число витков пояса на единицу его длины;

С – постоянная пояса.

В данной работе исследуется квазистационарное поле, т.е. переменное магнитное поле при сравнительно малой частоте f = 50 Гц.При этом амплитуда потокосцепления и действующее значение ЭДС в обмотке пояса Е связаны следующей зависимостью:

(5)

Отсюда амплитуда МДС:

(6)

где– постоянная системы "пояс - измерительное устройство". Учитывая, что , получаем формулу для экспериментального определения постоянной системы —

(7)

Если концы пояса плотно прижаты друг к другу, то показания вольтметра Е пропорциональны полной МДС катушки. При разъединенных концах показания вольтметра соответствуют частичной МДС вдоль ocи пояса:

(8)

Магнитное напряжение между концами магнитного пояса определяется выражением:

(9)

Содержание и порядок выполнения работы.

I. Охватить катушку с известные числом витков w₁ так, чтобы концы пояса были плотно прижаты друг к другу (см. рис. 10). Для 3,4 значений тока определить постоянную К по формуле (7) и вычислить ее среднее значений:

где n - число измерений.

Среднее значение K_ср сравнить со значением, найдённым по формуле:

Для каждого из токов найти полную МДС по формуле

2. Один из концов пояса закрепить на торге катушки с помощью механического зажима. Перемещая второй конец внутри катушки так, чтобы расстояние x между концами при каждом перемещении возрастало на 2 см, измерить частичные МДС. Измерения следует производить при тех же значениях тока, что и в п.I. По данным измерений построить графики зависимости магнитного напряжения в функции расстояния между концами магнитного пояса вдоль оси катушки в пределах ее длины.

3. Вместо катушки с известным числом витков включить катушку, число витков которой следует определить. Для 3,4 значений тока в катушке определить число ее витков по формуле:

Вопросы и задания к зачёту

I. В чем разница между выражениями: "МДС", "Магнитное напряжение", "Падение магнитного напряжения" ? В каких единицах они измеряются ?

2 Изменится ли поле внутри цилиндрической катушки при помещении в нее магнитного пояса ?

3. Можно ли с помощью магнитного пояса производить измерения поля катушки при постоянном токе ? Если да, то какие при этом измерительные приборы должны быть включены в схему?

4. Почему магнитный пояс выполняется без ферромагнитного сердечника ?

5. Перечислите величины, которые можно определить с помощью магнитного пояса.

Литература

5, гл. 21

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Нейман Л.Р., Демирчян Н.С. Теоретические основы электротехники. В 2 т. Т.2. Ч.4. Теория электромагнитного поля. Л.: Энерготомиздат. Ленингр.отд-ние, 1981. 416 с.

2. Эйхенвальд А.А. Теоретическая физика. 4.6. Электромагнитное поле. М.: Госнаучтехиздат, 1931. 368 с.

3. Расчет электрических цепей и электромагнитных полей на ЭВМ. Под ред. Л.В.Данилова, Е.С.Филиппова. М.: Радио и связь, .983. 344 с.

4. Говорков В.А., Купалян С.Д. Теория электромагнитногополя в упражнениях и задачах. М.: Высш.шк., 1963. 180 с.

5. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. М.: Высш.шк., 1966. 263 с.

6. Немцов М.В. Справочник по расчету параметров катушекиндуктивностей. М.:'Энергоатомиздат, 1989. 180 с.