Strona główna

Ćwiczenie 2 Temat: Pole magnetyczne i elektromagnetyczne Cel ćwiczenia


Pobieranie 38.92 Kb.
Data19.06.2016
Rozmiar38.92 Kb.
Ćwiczenie 2

Temat: Pole magnetyczne i elektromagnetyczne

Cel ćwiczenia:

Scharakteryzować podstawowe zjawiska w polu magnetycznym i elektromagnetycznym, dokonać pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych w obwodach prądu przemiennego, zaprezentować wyniki pomiarów. Czytanie schematów elektronicznych, przestrzeganie zasad bhp podczas montażu elementów.



Materiał nauczania

Pole magnetyczne może być wytworzone przez:

a) magnes trwały

b) elektromagnes



Obwodem magnetycznym nazywamy zespół elementów tworzących drogę zamkniętą dla strumienia magnetycznego.



Indukcja elektromagnetyczna

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na indukowaniu się napięcia nazywanego siłą elektromotoryczną SEM w przewodzie poruszającym się w polu magnetycznym lub w zamkniętym obwodzie obejmującym zmienny w czasie strumień magnetyczny. Napięcie indukowane w przewodzie poruszającym się w polu magnetycznym jest wprost proporcjonalne do długości czynnej przewodu l, prędkości poruszania przewodnika v oraz indukcji magnetycznej B. Indukcja B określa intensywność pola magnetycznego:

E = B⋅ l ⋅ v [ B] = T (tesla)

Kierunek indukowanej siły elektromotorycznej wyznaczamy za pomocą reguły prawej dłoni.





Zjawisko indukcji własnej i wzajemnej

Zjawisko indukcji własnej jest to indukowanie się siły elektromotorycznej w cewce pod wpływem zmian prądu płynącego w tej cewce. Siłę elektromotoryczną indukcji własnej nazywamy siłą elektromotoryczną samoindukcji eL.



Wielkość L oznacza indukcyjność własną cewki.



Zjawisko indukcji wzajemnej jest to indukowanie się siły elektromotorycznej w cewce pod wpływem zmian prądu w drugiej cewce z nią sprzężonej Siła elektromotoryczna indukcji wzajemnej wyraża się wzorem:



Wielkości charakteryzujące pole magnetyczne:

- natężenie pola magnetycznego H, jednostką jest [A/m]

- indukcja magnetyczna B jest wielkością charakteryzującą gęstość linii sił pola magnetycznego, jednostką jest


B = [Vs/m2 ] = [T] (Tesla)

- strumień magnetyczny Ф, jednostką jest [Wb] = [V⋅ s ] (weber)



Własności magnetyczne materiałów

Ze względu na przenikalność magnetyczną względną μr rozróżniamy następujące grupy materiałów:

– ferromagnetyczne (stal elektrotechniczna, stopy Alnico, ferryty), w których μr jest dużo większa od 1,

– paramagnetyczne (platyna, powietrze, aluminium), w których μr jest nieco większa od 1,

– diamagnetyczne ( rtęć, woda, bizmut, miedź), w których μr jest nieco mniejsza od 1.

W zależności od kształtu pętli histerezy rozróżniamy materiały :

- magnetyczne miękkie 1

- magnetyczne twarde 2



1 – materiału magnetycznie miękkiego, 2 - materiału magnetycznie twardego

Zastosowanie materiałów

Materiały magnetycznie miękkie stosuje się do budowy :

− silników elektrycznych ( blacha twornika ),

− transformatorów sieciowych,

− cewek z rdzeniem ( ferryty ).

Materiały magnetycznie twarde stosuje się do budowy magnesów trwałych.

Indukcyjność własna i wzajemna cewki.

Indukcyjność własna

Stosunek strumienia skojarzonego cewki Ψ do prądu I płynącego przez cewkę nazywamy

indukcyjnością własną cewki.

L –indukcyjność własna

Jednostką indukcyjności jest 1henr [1H]


Indukcyjność wzajemna

Dwa elementy ułożone względem siebie w taki sposób, że pole magnetyczne jednego z nich przenika, choćby częściowo, element drugi nazywamy elementami sprzężonymi magnetycznie.



Indukcyjnością wzajemną cewki pierwszej z drugą nazywamy stosunek strumienia

magnetycznego wytworzonego w cewce pierwszej 1 i skojarzonego z cewką drugą 2, do prądu

płynącego w cewce 1.Oznaczamy M12

Współczynnikiem sprzężenia cewki pierwszej z cewką drugą ( drugiej z pierwszą ) nazywamy stosunek strumienia magnetycznego głównego cewki pierwszej ( drugiej ) do strumienia całkowitego tej cewki .

Zapamiętaj ! – Cewka jest elementem zdolnym do gromadzenia energii w polu magnetycznym.



Zjawisko elektrodynamiczne

Jeśli w polu magnetycznym znajdują się przewodniki z prądem, to na przewodnik działa siła F. F = B⋅ I ⋅ l

Wielkość siły zależy od indukcji magnetycznej B, natężenia prądu I i długości czynnej przewodu l.

Kierunek działania siły określa się stosując regułę lewej dłoni.





Zasada działania prądnicy i silnika prądu stałego

Zjawisko indukowania się siły elektromotorycznej w przewodniku w poruszającym się polu magnetycznym oraz oddziaływania pola magnetycznego na prąd elektryczny są podstawą przemiany energii mechanicznej w energię elektryczną i odwrotnie.

Przemiany te odbywają się w maszynach elektrycznych, które dzielimy na:

− silniki elektryczne wykonujące pracę mechaniczną kosztem pobieranej energii elektrycznej.

− prądnice elektryczne wytwarzające energię elektryczną kosztem dostarczonej im pracy mechanicznej.


Zespół Szkół Mechanicznych

w Namysłowie

Pomiary elektryczne i elektroniczne


Imię i nazwisko

Temat ćwiczenia:

Pole magnetyczne i elektromagnetyczne

Nr ćw

2

Klasa

2TZ


Grupa

Zespół

Data
wykonania

OCENY

Samoocena

Wykonanie

Ogólna










CEL ĆWICZENIA:

PLAN DZIAŁANIA

Odpowiedz na pytania.

1. Co nazywamy obwodem magnetycznym?



2. Co określa reguła prawej dłoni?



3. W jaki sposób wyznaczamy kierunek pola magnetycznego?



4. Co to jest zjawisko indukcji własnej?



5. Jakie wielkości charakteryzują pole magnetyczne?



6. Co to jest indukcja wzajemna?


Ćwiczenie 1

Oblicz wartość indukcji pola magnetycznego powstałego w cewce o przekroju poprzecznym S=10 cm2 , jeśli wytworzony w niej strumień magnetyczny Φ = 0,810-3 V s .

1) skorzystać ze wzoru na strumień magnetyczny

2) następnie należy dokonać przekształcenia tego wzoru,

3) obliczyć indukcję magnetyczną.

Wyposażenie stanowiska pracy

− zeszyt,

− kalkulator,



Ćwiczenie 2

Wykonaj pomiar rezystancji cewek multimetrem cyfrowym.

Układ do pomiaru rezystancji cewek multimetrem cyfrowym

1) zanalizować schemat pomiarowy,

2) skompletować potrzebną aparaturę i elementy,

3) połączyć obwód elektryczny,

4) wykonać pomiary rezystancji cewek omomierzem,

5) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski.

Tabela wyników pomiarów

Wyposażenie stanowiska pracy :

− multimetr cyfrowy, − cewki L=10mH, L=33mH, L=100mH, L=220mH.


Ćwiczenie 3

Wykonaj pomiar indukcyjności, elementów zaproponowanych przez nauczyciela metodą rezonansową.



Układ do pomiaru indukcyjności metodą rezonansową Tabela wyników pomiarów i obliczeń

1) zanalizować schemat pomiarowy,

2) skompletować potrzebną aparaturę i elementy,

3) połączyć obwód elektryczny i zasilić go sygnałem sinusoidalnie zmiennym o U=1V, zmieniając częstotliwość od 100Hz do 100kHz,

4) określić częstotliwość rezonansową fr przy której wskazanie woltomierza jest największe,

5) obliczyć wartość indukcyjności każdej z badanych cewek na podstawie wzoru:

6) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− generator funkcyjny,

− częstościomierz, multimetr cyfrowy lub analogowy,

− kondensator C = 22nF,

− cewki L = 10mH, L = 33mH, L = 100mH, L = 220mH,

− rezystor R = 100Ω/2W.



Ćwiczenie 4

Wykonaj pomiar indukcyjności wzajemnej cewek sprzężonych magnetycznie.



Układ do pomiaru indukcyjności wzajemne cewek sprzężonych magnetycznie. Tabela wyników pomiarów i obliczeń

1) zanalizować schemat pomiarowy i skompletować potrzebną aparaturę oraz elementy,

2) połączyć obwód elektryczny i zasilić go sygnałem sinusoidalnie zmiennym o U=9V i częstotliwości f = 1 kHz,

3) wykonać pomiary prądu I po stronie pierwotnej układu i napięcia UL2 po stronie wtórnej,

4) obliczyć wartość indukcyjności wzajemnej cewek M oraz ich współczynnika sprzężenia k z poniższych wzorów:

5) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy

− generator funkcyjny,

multimetr cyfrowy i analogowy,



− 4 cewki z rdzeniem ferromagnetycznym: 2 cewki o L = 70mH i 2 cewki o L = 140mH.

WNIOSKI I SPOSTRZEŻENIA



©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość