Электричество и магнетизм. Ч.3. Муравьев А.Б - 20 стр.

UptoLike

39
Определим взаимную индуктивность длинной катушки 1 (соле-
ноида) и короткой катушки 2, расположенных соосно так, что их цен-
тры смещены на расстояние x (рис. 2).
Рис. 2
Потокосцепление короткой катушки
Ψ
21
= N
к
Ф
21
= N
к
B
c
S, (7)
где N
к
число витков короткой катушки; B
c
магнитная индукция поля,
созданного током соленоида, Тл; Sплощадь сечения короткой катуш-
ки, м
2
.
Сопоставляя формулы (1) и (7), получим
1
21
I
SBN
L
cк
= . (8)
Зависимость магнитной индукции на оси катушки 1 от координа-
ты x задаётся выражением
++
+
+
+
=
2222
10
2
2
2
2
2
сс
с
сс
с
с
с
с
)/(
/
)/(
/
Rxl
xl
Rxl
xl
l
NI
B
µ
. (9)
Из (8) и (9) получим
++
+
+
+
=
2222
0
21
2
2
2
2
2
сс
с
сс
с
с
ск
)/(
/
)/(
/
Rxl
xl
Rxl
xl
l
SNN
L
µ
. (10)
40
Если катушку считать соленоидом (l
c
>> 2R
c
), то магнитную индук-
цию на оси в середине В
с1
и торце В
с2
можно рассчитывать по формулам:
c
c
c
l
IN
B
0
1
µ
= ,
c
c
c
l
IN
B
2
0
2
µ
= .
Подставив выражения для В
с1
и В
с2
в (8), получим значения вза-
имной индуктивности в случае расположения короткой катушки в цен-
тре соленоида
c
cк
ц
l
SNN
L
0
µ
= (11)
и в торце соленоида
c
cк
т
l
SNN
L
2
0
µ
= . (12)
Из (11) и (12) следует, что при смещении короткой катушки от цен-
тра к торцу соленоида взаимная индуктивность уменьшится в два раза.
Описание установки и вывод расчётных формул
Лабораторная установка (рис. 3) включает в себя лабораторный
модуль 1, генератор гармонических колебаний 2 и выносной элемент, со-
стоящий из соосно смонтированных короткой катушки 3 и длинной (со-
леноида) 4. Короткая катушка может перемещаться относительно соле-
ноида вдоль измерительного штока 5, имеющего сантиметровые деления.
Рис. 3
      Определим взаимную индуктивность длинной катушки 1 (соле-                                  Если катушку считать соленоидом (lc >> 2Rc), то магнитную индук-
ноида) и короткой катушки 2, расположенных соосно так, что их цен-                        цию на оси в середине Вс1 и торце Вс2 можно рассчитывать по формулам:
тры смещены на расстояние x (рис. 2).                                                                                     µ IN        µ IN
                                                                                                                    Bc1 = 0 c , Bc 2 = 0 c .
                                                                                                                            lc         2lc
                                                                                                 Подставив выражения для Вс1 и Вс2 в (8), получим значения вза-
                                                                                          имной индуктивности в случае расположения короткой катушки в цен-
                                                                                          тре соленоида
                                                                                                                               µN NS
                                                                                                                           Lц = 0 к c                         (11)
                                                                                                                                   lc
                                                                                                 и в торце соленоида
                                                                                                                               µN NS
                                                                                                                           Lт = 0 к c .                       (12)
                                                                                                                                  2lc
                                                                                                 Из (11) и (12) следует, что при смещении короткой катушки от цен-
                                                                                          тра к торцу соленоида взаимная индуктивность уменьшится в два раза.

                                                                                                    Описание установки и вывод расчётных формул
                                                                                                Лабораторная установка (рис. 3) включает в себя лабораторный
                                       Рис. 2                                             модуль 1, генератор гармонических колебаний 2 и выносной элемент, со-
       Потокосцепление короткой катушки                                                   стоящий из соосно смонтированных короткой катушки 3 и длинной (со-
                                    Ψ21 = NкФ21 = NкBcS,                            (7)   леноида) 4. Короткая катушка может перемещаться относительно соле-
где Nк – число витков короткой катушки; Bc – магнитная индукция поля,                     ноида вдоль измерительного штока 5, имеющего сантиметровые деления.
созданного током соленоида, Тл; S – площадь сечения короткой катуш-
ки, м2.
       Сопоставляя формулы (1) и (7), получим
                                                   N BS
                                            L21 = к c .                             (8)
                                                     I1
       Зависимость магнитной индукции на оси катушки 1 от координа-
ты x задаётся выражением
             µIN ⎛        lс / 2 − x                   lс / 2 + x          ⎞
        Bс = 0 1 с ⎜                           +                           ⎟.       (9)
              2lс   ⎜                                                      ⎟
                    ⎝ (lс / 2 − x) + Rс            (lс / 2 + x) + Rс ⎠
                                    2        2                   2       2


       Из (8) и (9) получим
             µ N N S⎛          lс / 2 − x                   lс / 2 + x         ⎞
        L21 = 0 к с ⎜                              +                           ⎟. (10)
                2lс   ⎜                                                      2 ⎟
                      ⎝ с ( l / 2  −  x ) 2
                                            +  Rс
                                                 2
                                                       ( lс / 2 +  x ) 2
                                                                         + R с ⎠



                                                                                                                           Рис. 3

                                          39                                                                                40