Лабораторная работа № 6. Измерение термоэлектродвижущей силы термопары

Измерение термоэлектродвижущей силы термопары

Цели и задачи работы

Целью работы является:

– Изучение контактных явлений и измерения термоЭДС термопары.

Задачей работы является:

– Определение постоянной термопары.

Теоретические положения

Описание установки

Состав работы:

– лабораторный модуль – 2 шт.

– генератор гармонических колебаний типа Г3-112 –1 шт.

– микромультиметр типа «MY-67» –1 шт.

– соленоид с катушкой –2 шт.

Параметры работы:

– соленоид: N ₁ N ₂

длина, см 15 15

число витков 800 1800

индуктивность мГн 13 21

– катушка:

длина, см 0,5 0,5

число витков 250 25

индуктивность мГн 10 16,5

– сопротивление резистора R = 62 кОм

– напряжение генератора U = (1 ¸ 5) В

– частота генератора, n = (1 ¸ 4) кГц

Лабораторная установка (рис. 27) включает в себя лабораторный модуль 1, генератор гармонических колебаний 2 и выносной элемент, состоящий из смонтированной короткой катушки 3 и длинной (соленоида) 4. Короткая катушка может перемещаться относительно соленоида вдоль измерительного штока 5, имеющего сантиметровые деления.

На лицевой панели лабораторного модуля имеются гнёзда для подключения генератора, катушек и милливольтметра, а также изображена электрическая схема установки (рис. 28). Соленоид и катушка подключаются соответственно к гнёздам 2, 5 и 4, 6, генератор к гнёздам 9, 10 или 1, 10, а милливольтметр к 11, 12. Милливольтметр может измерять либо действующее значение напряжения на генераторе U _г, либо напряжение на катушках U_L в зависимости от положения переключателя П.

Подаваемое на одну из катушек напряжение от генератора изменяется по закону = U ₀cosw t. Так как в цепь генератора может быть включено сопротивление R, то возможны два метода определения взаимной индуктивности. Мгновенное значение тока в катушке 1 (предположим, к генератору подключён соленоид (рис. 29)) определяется из закона Ома для цепи переменного тока

(6.13)

где R – сопротивление в цепи генератора; R ₁ – омическое сопротивление соленоида; L ₁ – индуктивность соленоида; w - циклическая частота.

Подставляя уравнение (6.13) в (6.6), получаем выражение для переменной ЭДС взаимной индукции в катушке 2

амплитуда которой равна

(6.14)

Рассмотрим два случая:

В первом случае, приняв, что R >> R ₁, так как омическое сопротивление медного провода катушек достаточно мало, получим

или

Здесь n - частота гармонических колебаний.

Поскольку действующие значения ЭДС E₂₁ напряжения генератора U_г связаны с соответствующими мгновенными значениями соотношениями и , то можно записать

(6.15)

В случае, если сопротивление в цепи генератора R равно нулю (генератор включён в гнёзда 9,10), т. е. w L ₁ >> R ₁, из (6.14) получим

Можно найти взаимную индукцию L ₁₂ = L ₂₁ также иначе. Если при сборке схемы поменять местами длинную и короткую катушки, то, рассуждая аналогично приведённому выше, получим

(6.16)

(6.17)

Здесь E₁₂ – действующее значение ЭДС в соленоиде, В; L ₂ – индуктивность короткой катушки, Гн.

Индуктивность при соединении, как на рис. 30 а, равна (см. формулу (6.5))

а при соединении, как на рис. 30 б,

Из формул (6.18) и (6.19) получим

(6.20)

При условии R ₁ R ₂ << R можно записать закон Ома для цепи, в которую включён генератор, в виде

где I – действующее значение тока, измеряемое миллиамперметром.

Если R >> w L ₁ w L ₂, то

Поскольку индуктивное сопротивление катушек много больше их омического сопротивления w L ₁ w L ₂ >> R ₁ «R ₂, то

где U_L – напряжение на последовательно соединённых катушках, В;
L – индуктивность последовательно соединённых катушек, Гн.

Из (6.22) и (6.21) получаем

(6.23)

В зависимости от схемы соединения катушек (рис. 30) уравнение (6.23) принимает вид

или

(6.24)

где U_{L ¢} - напряжение на катушках при соединении по схеме на
рис. 30 а, U_{L ²} - по схеме на рис. 30 б.

Из (6.20) и (6.24) получим

(6.25)

Выполнения работы

6.4.1. Определение взаимной индуктивности при наличии в цепи генератора, резистора R и подключении к генератору одной из катушек

1. Собрать схему, приведённую на рис. 29. Для этого подсоединить к гнёздам 2, 5 соленоид, а к гнёздам 4, 6 катушку (рис. 28).

2. Подсоединить генератор гармонических колебаний к гнёздам 9,10.

3. Включить в сеть генератор и вольтметр. Установить напряжение генератора, равное 4 В, частоту – 10 кГц.

4. Установить катушку в середине соленоида (x = 0).

5. Перемещая катушку от середины соленоида к его краю, снять зависимость ЭДС взаимной индукции от координаты E₁₂ = f (x). За начало системы координат принять середину соленоида. Результаты занести в табл. 12.

6. По формулам (6.15) и (6.16) рассчитать значения взаимной индуктивности для обоих положений катушек и найти их средние значения для каждой координаты:

Результаты расчётов занести в табл. 12.

7. Построить график зависимости L _12ср = f (x).

8. По формулам (6.11), (6.12) и (6.10) рассчитать теоретическое значение взаимной индукции L _21теор. Результаты этих расчётов нанести на график. Рассчитать погрешность измерения.

Таблица 12

x, см	E21, мВ	L 21, мГн	E12, мВ	L 12, мГн	L 12ср, мГн	L 21теор, мГн
0 1 …

6.4.2. Определение взаимной индуктивности при отсутствии в цепи генератора резистора R и подключении к генератору одной из катушек

1. Собрать схему, приведённую на рис. 29. Для этого подсоединить к гнёздам 2,5 соленоид, а к гнёздам 4,6 катушку (рис. 28).

2. Подсоединить генератор гармонических колебаний к гнёздам 1,10.

3. Включить в сеть генератор и вольтметр. Установить напряжение генератора, равное 4 В, частоту – 10 кГц.

4. Установить катушку в середине соленоида (x = 0).

5. Перемещая катушку от середины соленоида к его краю, снять зависимость ЭДС взаимной индукции и напряжения генератора от координаты. Результаты занести в табл. 13.

6. По формуле (6.17) рассчитать значение взаимной индуктивности и результаты занести в табл. 13.

7. Построить график зависимости L ₁₂ = f (x).

8. Рассчитать теоретическое значение взаимной индуктивности при расположении катушки в центре и торце соленоида по формулам (6.11) и (6.12), результаты расчета нанести на график.

Таблица 13

6.4.3. Определение взаимной индуктивности методом последовательного соединения катушки и соленоида

1. Подсоединить соленоид к гнездам 2,8, а катушку к гнездам 6,7.

2. Соединить перемычкой гнёзда 3,4.

3. Включить в сеть генератор и вольтметр. Установить напряжение генератора, равное 4 В, частоту – 10 кГц.

4. Установить катушку в середине соленоида.

5. Измерить напряжение генератора U _г и напряжение на катушках U_L при пяти значениях частоты в диапазоне 10 – 20 кГц (для переключения вольтметра использовать тумблер «П»). Результаты занести в табл. 14.

6. Поменять местами выводы катушки и проделать те же измерения, что и в п. 5. Результаты измерения занести в табл. 14.

7. Переместить катушку в торец соленоида и проделать те же измерения, что и в п. 5, 6.

Указание! Величину напряжения генератора при проведении измерений необходимо поддерживать постоянной.

Таблица 14

8. По формуле (6.25) рассчитать взаимную индуктивность L ₁₂ при расположении катушки в центре соленоида для различных частот и найти её среднее значение.

9. По формуле (6.11) рассчитать значение взаимной индуктивности и сравнить его с рассчитанным по формуле (6.25).

10. По формуле (6.25) рассчитать взаимную индуктивность L ₁₂ для различных частот при расположении катушки в торце соленоида для различных частот и найти её среднее значение.

11. По формуле (6.12) рассчитать величину взаимной индуктивности и сравнить его с рассчитанным по формуле (6.25) в п. 10.

6.4.4.. Изучение зависимости ЭДС индукции от частоты и напряжения генератора

1. Подключить генератор к гнёздам 1,10 и милливольтметр к гнёздам 11,12.

2. Подключить к гнёздам 2,5 соленоид, а к гнёздам 4,6 катушку.

3. Установить катушку в центре соленоида.

4. Установить на генераторе напряжение 4 В. Изменяя частоту n в пределах всего диапазона 50 Гц – 20 кГц, снять зависимость E₁₂= f (n), поддерживая напряжение генератора постоянным. Результаты измерений занести в табл. 15.

Таблица 15

№	n, Гц	E, В
1
…	…

5. Установить на генераторе частоту n = 15 кГц и, меняя напряжение генератора в диапазоне 5 – 15 В через 1 В, снять зависимость E₁₂ = f (U _г). Результаты измерений занести в табл. 16.

Таблица 16

№	U г, В	E, В
1 …	…

6. По данным табл. 15 и 16 построить графики зависимости ЭДС взаимоиндукции от частоты и напряжения генератора

и

Контрольные вопросы

1. Дать формулировку закона электромагнитной индукции.

2. В чём заключается явление самоиндукции?

3. Сформулировать правило Ленца.

4. Как соотносятся между собой действующее и амплитудное значения тока?

5. Почему при подключении последовательно соединённых катушек взаимная индуктивность зависит от направления тока в них?

6. Записать закон Ома для цепи переменного тока.

7. От чего зависит взаимная индуктивность двух катушек?

8. При каких условиях индуктивное сопротивление будет намного больше омического?

9. Что такое магнитный поток и потокосцепление?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: