Лабораторные работы по электротехнике

Математика
Примеры решения задач
Матрицы и определители
Действия над матрицами
Нахождение обратной матрицы
Прямая на плоскости
Аналитическая геометрия
Системы линейных алгебраических уравнений
Векторная алгебра
Начала анализа
Дифференциальное и интегральное исчисление
Кратные и криволинейные интегралы
Обыкновенные дифференциальные уравнения
Ряды
Теория поля
Элементы теории функций комплексного переменного
Найти координаты вектора
Кривые второго порядка

Исследование функций и построение графиков

Найти область определения функции
Основные элементарные функции
Функции трех переменных
Теория вероятности
Последовательность нанесения размеров
Изображение прямых, плоскостей и многогранников
Примеры построения многогранных поверхностей
Позиционные задачи на взаимопринадлежность
Пересечение прямой с координатными осями
Вращение прямой
Вращение плоскости
Проецирование прямой линии в точку

Решение метрических задач

Методичка по химии
Электронное строение атома
Химическая связь
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики и термохимии
Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева
Химическая кинетика и химическое равновесие
Электролитическая диссоциация
Растворы
Коллоидные растворы
Растворы неэлектролитов
Окислительно-восстановительные реакции
Электрохимические процессы в гетерогенных системах
Коррозия металлов
Электролиз
Задачи по сопромату
Проверить прочность стального стержня
Расчеты на растяжение и сжатие
Геометрические характеристики плоских сечений
Определить осевые моменты инерции прямоугольника
Осевые моменты инерции плоских составных сечений
Дополнительные задачи на сдвиг
Расчет напряжений и деформаций валов
Построить эпюры крутящих моментов
Эпюры главных напряжений при изгибе
Расчет балок на жесткость
Определение перемещений при помощи интеграла Мора
Сварная балка
Совместное действие изгиба и кручения
Расчет толстостенных труб
Практические расчеты стержней на устойчивость
Упругий удар
Неупругое деформирование
Предельная нагрузка для балок
Лабораторный практикум
Лабораторные работы
Опытная проверка теории косого изгиба

Испытание стальной трубы на изгиб с кручением

Строительная механика
Учет подвижной статической нагрузки
Расчет шпренгельных ферм
Интеграл Мора
Бесшарнирная арк
Неразрезная балка
 

Лабораторная работа №9

Исследование магнитного поля в катушках Гельмгольца

1. Цель лабораторной работы

Целью лабораторной работы является экспериментальное изучение магнитного поля пространстве, ограниченного катушками Гельмгольца.

2. Задачи лабораторной работы

Задачи лабораторной работы – экспериментальное изучение распределения магнитной индукции в области, заключенной между двумя коаксиальными круговыми катушками с одинаковыми токами, находящиеся на расстоянии их радиуса.

3. Экспериментальное оборудование, приборы и принадлежности

 

Лабораторный стенд (рис.1) включает в себя катушки Гельмгольца 1 с блоком их питания 2, измеритель магнитного поля 3 (датчик Холла), установленный на электромеханическом сканирующем устройстве 4 и датчик положения измерителя магнитного поля, встроенный в привод сканирующего устройства 5.

К приборам и принадлежностям относятся также, компьютер с необходимым программным обеспечением, соединительные кабели и концентратор для подключения датчика к компьютеру.

4. Теоретическая часть

Пара катушек Гельмгольца состоит из двух одинаковых круглых катушек намагничивания, расположенных на некотором расстоянии относительно друг друга вдоль общей оси (рис.2). Это расстояние равно радиусу катушек. Через каждую катушку пропускают одинаковый электрический ток в одном направлении. Установка катушек на расстоянии R минимизируют неоднородности магнитного поля в пространстве между ними.

Используя закон Био - Савара –Лапласа, можно получить формулу, описывающую значение величины магнитной индукции B вдоль оси витка с током как функцию расстояния от плоскости витка:

(1)

Здесь - магнитная проницаемость вакуума, равная ;

- ток в катушках, А;

R - радиус катушек, м;

x - расстояния от плоскости витка до выбранной точки вдоль оси катушки, м.

Если катушки содержат несколько витков (n), это можно учесть, увеличив значение тока в n раз:

(2)

Для точки находящейся на оси посередине между двумя катушками Гельмгольца (), с учетом их совместного действия величина магнитной индукции оценивается так:

(3)

Расчеты показывают, что магнитное поле в области между двумя катушками Гельмгольца обладает высокой степенью однородности (рис.4), что используется при создании однородного магнитного поля.

 

 

 

 

 

 

 

5. Описание лабораторной установки

Катушки Гельмгольца закрепляются на вертикальных стойках лабораторной установки. Датчик Холла 1 (рис.4), установленный на каретке электромеханического сканирующего устройства с помощью стержня, располагается на высоте оси катушек. Несущий стержень 2 может поворачиваться вокруг своей оси, обеспечивая необходимую ориентацию датчика Холла по отношению к оси катушек. Рабочими являются два положения датчика Холла – для измерения продольной составляющей (BZ) вектора магнитной индукции и радиальной составляющей (Br). При измерении продольной составляющей магнитной индукции верхнее ребро белого корпуса датчика поля должно быть ориентировано перпендикулярно оси катушек.

Расположение сканирующего устройства и плоскость перемещения датчика Холла относительно катушек определяется шкалами линеек 3, прикрепленных к основанию лабораторного стенда в направлении параллельно оси катушек. Ноль на линейке соответствует расположению плоскости сканирования вблизи левой катушки Гельмгольца. Для визуализации радиальной (поперечной) координаты положения датчика Холла к основанию стенда дополнительно прикреплена поперечно расположенная линейка 4 (рис.4).

6. Порядок проведения лабораторной работы

Запустите программу практикума по физике и выберите сценарий «Исследование магнитного поля в катушках Гелмгольца» (кнопка )

Включите разъем питания в гнездо корпуса привода устройства перемещения датчика магнитного поля. При этом каретка начнет двигаться и остановится в крайнем положении, наиболее удаленном от корпуса привода.

Установите устройство перемещения на платформе установки, как показано на рис. 4. При этом направляющая рейка должна быть параллельна плоскости катушек (определяется с помощью линеек), а торец направляющей рейки должен упираться в упорную планку, прикрепленную на краю платформы.

Датчик магнитного поля установлен на конце стержня, который может поворачиваться на 90 градусов относительно своей продольной оси. При этом датчик поворачивается таким образом, что измеряется или R-, или Z-компанента магнитного поля. Установите ограничитель поворота стержня в положение, обеспечивающее регистрацию Z-комппонентs магнитного поля (ребро корпуса датчика повернуто параллельно плоскости катушек).

С помощью кнопок, расположенных на корпусе привода, установите каретку так, чтобы датчик магнитного поля находился на продольной оси катушек (этому положению соответствует нулевая отметка линейки, расположенной в плоскости катушки).

Введите в программу значение Z-координаты датчика. (Z — координата датчика отсчитывается от плоскости одной из катушек по линейкам. Линейки установлены с учетом удаления датчика от кромки направляющей рейки.)

Включите блок питания катушек Гельмгольца и установите максимальное значение тока.

Нажмите кнопку запуска измерений (). Каретка при этом начнет движение из точки с нулевой радиальной координатой в сторону ее увеличения. На экране при этом будет строиться кривая, показывающая изменение выбранной для регистрации составляющей магнитного поля.

После достижения датчиком положения наибольшего удаления от осевой линии катушек каретка останавливается. Вам следует прекратить измерения, нажав на кнопку «Стоп». При этом каретка с датчиком возвращается в исходное положение, соотвествующее нулевому значению R-координаты.

Передвиньте направляющую рейку на 20мм, изменив тем самым плоскость измерения магнитного поля, введите в программу новое значение Z-координаты датчика и нажмите кнопку запуска измерений.

На экране компьютера начнет формироваться следующий график зависимости индукции магнитного поля от радиуса.

После завершения получения данных для выбранной компаненты магнитного поля необходимо проанализировать полученные данные в соотвествии с разделом «Обработка результатов измерений» Можно также записать полученные результаты в виде файла.

Измерения для другой составляющей магнитного поля проводятся аналогичным образом.

Трехфазные цепи синусоидального тока