Вимірювання індуктивності котушки

Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Теоретична частина

Рис. 1. Зовнішній вигляд експериментального пристрою

Котушка індуктивності в електричному ланцюзі для змінного струму має не тільки власне омічний опір, а й реактивний опір змінному струму, який наростає при збільшенні частоти, оскільки при зміні струму в котушці виникає ЕРС самоіндукції, що перешкоджає цій зміні.

Котушка індуктивності має реактивний опір, модуль якого (1),

де L – індуктивність котушки, ω – циклічна частота струму, що протікає. У ланцюзі змінного струму повний опір котушки дає можливість визначити індуктивність:

  , (2)

де Z – повний опір кола. Повний опір кола визначається відношенням максимальної напруги до максимального струму. Омічний опір визначається відношенням напруги до струму при проходженні через котушку постійного струму.

Хід роботи

Частина 1. Отримання даних 

1. Складіть електричне коло, представлене на світлині, під’єднавши послідовно з котушкою модуль амперметра і паралельно до котушки – модуль вольтметра.
2. З’єднайте джерело постійного струму з електричним колом. Під’єднайте датчик струму та напруги до ЦВК. З’єднайте датчик струму та напруги з електричним колом та ЦВК з ПК і запустіть програмне забезпечення.
3. Запрограмуйте ЦВК вимірювати необмежену кількість даних та частоту замірів 10 замірів на секунду.
4. Увімкніть запис даних. Замкніть електричне коло ключем. Через декілька секунд вимкніть запис даних.
5. Розімкніть коло та замініть джерело постійної напруги на джерело змінної напруги.
6. Запрограмуйте ЦВК вимірювати 200 даних та частоту замірів 1000 замірів на секунду.
7. Якщо можливості провести експеримент немає, завантажте дані вимірювань з ресурсу.

Аналіз даних

1. Для аналізу отриманих даних у наведеному експерименті використовується програма Phywe measure 4 версія 6.13 (https://repository.curriculab.net/files/software/setupm_version_4613.exe). Файл даних має бути отриманий або відкритий у цій програмі.
2. На початку проаналізуйте графіки, що відповідають проходженню постійного струму. У графічному вікні розташовані два графіки.
3. Оскільки вимірювання здійснювалося двома датчиками, на екрані наявні два графіки. Перемикання між каналами даних здійснюється кнопками .
4. Оберіть канал запису значень напруги і у верхньому меню – кнопку “Середнє значення” . Зчитайте його та занотуйте до таблиці. Перемкніться на канал струму і зробіть аналогічні дії.
5. Розрахуйте омічний опір за виразом:

6. Перейдіть до графіків, що відповідають проходженню змінного струму. Оберіть канал запису значень напруги і у верхньому меню – кнопку “Огляд” . У вікні графіка з’явиться рамка, розміри якої можна змінювати перетягуванням за кутки. Прилаштуйте розмір та позицію рамки так, щоб верхній її край торкався верхньої частини графіка, що відповідає максимальній напрузі, а нижній край – мінімальній напрузі.
7. У рамці поряд зчитайте значення розмаху напруги, поділіть його навпіл та занотуйте до таблиці як максимальне значення напруги U_max . Перемкніться на канал струму і зробіть аналогічні дії.
8. Розрахуйте повний опір за виразом:

Рис. 2. Зовнішній вигляд екрану з графіком зміни напруги і визначенням розмаху

9. Розрахуйте індуктивність котушки за виразом (2). Занотуйте значення до таблиці. Проаналізуйте впливові фактори, що визначають похибку вимірювань, та сформулюйте висновок до роботи.

Таблиця результатів