PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA INSTYTUT POLITECHNICZNY
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki   Ćwiczenie nr 11 Temat: Zjawisko indukcji elektromagnetycznej
Rok akademicki: 2005/2006   Studia dzienne   Nr grupy: 1b	Wykonawcy: 1. Łukasz Baumgart 2. Sebastian Kubala 3. Marcin Miondowicz	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				Ocena:
Uwagi:

1. Wiadomości teoretyczne.

(budowa transformatora, stany pracy transformatora, zjawisko indukcji elektromagnetycznej, indukcyjność własna i wzajemna cewek, strumień magnetyczny, siły elektrodynamiczne, prawo Joule'a, prądy wirowe).

2. Przebieg ćwiczenia.

2.1. Doświadczenie z pierścieniami.

2.1.1. Przebieg doświadczenia.

a). Na jedną kolumnę rdzenia nałożyć cewkę 100 zwoi, a na drugą pierścień przecięty. Kolumny zewrzeć zworą. Do pierścienia podłączyć woltomierz. Zasilić cewkę napięciem zmiennym 24 V. Odczytać wskazanie woltomierza.

b). Ustawić zworę pionowo na kolumnie z cewką. Na zworę nałożyć pierścień zamknięty. Włączyć na chwilę cewkę do napięcia 24 V. Obserwować zachodzące zjawiska. Przytrzymać przez chwilę pierścień na rdzeniu. Powtórzyć doświadczenie z pierścieniem przeciętym. Zanotować wyniki przeprowadzonych obserwacji.

2.3. Doświadczenie z wahadłem Waltenhofena.

2.3.1. Przebieg doświadczenia.

Na jedną kolumnę rdzenia nałożyć cewkę 200 zwoi. Na kolumny rdzenia nałożyć nabiegunniki zwrócone płaskimi końcami do siebie. Zamocować do jednego nabiegunnika metalowe jarzmo wraz z prętem wahadła. Na pręcie wahadła zamocować płytkę pełną. Wprowadzić wahadło w ruch. Cewkę zasilić napięciem 10-12 V. Zanotować wyniki obserwacji. Powtórzyć doświadczenie z płytką z nacięciami.

2.4. Doświadczenie z żarówką.

2.4.1. Przebieg doświadczeni.

Ustawić zworę pionowo na jednej kolumnie rdzenia. Na drugą kolumnę nałożyć cewkę 200 zwoi. Podłączyć napięcie 10 V. Na kolumnę rdzenia ze zworą nałożyć cewkę z żarówką i przesuwać ją w kierunku podstawy rdzenia. Zanotować wyniki obserwacji.

3. Parametry i dane znamionowe zastosowanych urządzeń i mierników.

Tabela 1. Parametry cewek.

Liczba zwojów	Średnica drutu nawojowego [mm]	Napięcie [V]	Dopuszczalne natężenie prądu [A]	Opór []
8600	0,16	1030	0,06	1074
1600	0,3	192	0,21	21,7
1100	0,4	132	0,38	14,1
200	0,8	24	1,50	0,99
100	1,2	12	3,3	0,22
50	1,4	6	4,6	0,08

Napięcia w tabeli podano gdy uzwojeniem pierwotnym jest cewka 200 zwoi zasilana napięciem 24 V.

Dopuszczalne natężenie prądu podano dla gęstości prądu: 3 A/mm².

4. Uwagi końcowe i wnioski.

a) Opisać zjawiska obserwowane w ćwiczeniu, podać prawa nimi rządzące.

b) Podać przykłady praktycznego zastosowania obserwowanych zjawisk i sposoby eliminacji niepożądanych efektów.

c) Przedstawić wnioski i uwagi dotyczące przeprowadzonych doświadczeń.

************************************************

Indukcja Elektromagnetyczna to zjawisko powstawania siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym znajdującym się w polu magnetycznym, jeśli strumień tego pola przechodzący przez powierzchnię rozpiętą na tym obwodzie zmienia się w czasie.

Równanie to określa wartość indukowanej SEM wzbudzającej się po dowolnym konturze zamkniętym k, na którym rozpięta jest dowolna powierzchnia s, przez którą przenika zmieniający się w czasie strumień

W zależności od mechanizmu zmiany strumienia możemy rozróżnić skrajne przypadki zjawiska:

1. Układ jest nieruchomy, czyli mamy zależność:

(możemy określić SEM indukującej się po konturze zamkniętym obejmującym strumień)

2. Układ porusza się oraz B jest stałe:

W wyniku ruchu wzbudzi się pole elektryczne

a indukująca się po konturze k (otwartym lub zamkniętym) SEM przyjmuje wartość:

Wartość SEM wytworzonej w dowolnym obwodzie zamkniętym (k) jest równa prędkości zmian strumienia magnetycznego, skojarzonego z tym obwodem.

Zastosowanie podanych zależności w teorii obwodów ogranicza się do zdefiniowania dwu parametrów:

- indukcyjności wzajemnej, występującej wówczas, gdy w obwodzie wyindukuje się SEM na skutek zmiany strumienia magnetycznego, spowodowanej zmianą prądu w innym obwodzie.

- zjawisko indukcyjności własnej ma miejsce wówczas, gdy w obwodzie indukuje się SEM na skutek zmiany strumienia, spowodowanej zmianą prądu płynącego w tym obwodzie.

W przypadku gdy kontur k będzie stanowił zwój zwarty o rezystancji R, to indukująca się siła elektromotoryczna wymusi w nim przepływ prądu i=e/R

Zgodnie z regułą Lentza ( indukowana SEM próbuje przeciwstawić się wszelkim zmianom strumienia) prąd ten wtórnie wpływa na wywołujący go strumień w taki sposób, że pierścień i pierwotne źródło pola magnetycznego oddziaływają na siebie dynamicznie (jak dwa magnesy zwrócone do siebie jednoimiennymi biegunami).

Innym przykładem sił działających na prądy indukowane mogą być siły hamujące ruch płytki przewodzącej poruszającej się w niejednorodnym polu magnetycznym. Źródłem ich są indukujące się w płytce tzw. prądy wirowe przeciwdziałające (zgodnie z regułą Lentza) zmianie strumienia przenikającego przez płytkę.

1) Doświadczenie z pierścieniami:

a) Na pierścieniu przeciętym wyindukowało się napięcie 0,7 V przy zasilaniu 24V cewki o 150 zwojach. Prąd pobierany przez cewkę oscylował w granicach 2A.

b) Pod wpływem sił Lorentza pierścień został „wystrzelony” z kolumny rdzenia. Jest to znacznie bardziej zauważalne na kolumnie, na której umieszczona jest cewka. Na drugiej kolumnie, aby wyindukować podobną siłę, trzeba podać na cewkę prąd o dużo większej wartości..

2) Doświadczenie z wahadłem Waltenhofena

a) płytka pełna:

Po podaniu napięcia, na nieruchomą płytkę działała siła, która przyciągała płytkę do jednego z nabiegunników. Po wprowadzeniu płytki w ruch (przy wyłączonym zasilaniu) płytka wykonuje ruch harmoniczny. Po podaniu napięcia płytka wyraźnie zwalnia. Po odłączeniu zasilania od cewki, płytka powróciła do wykonywanego wcześniej ruchu harmonicznego.

Wyłączone zasilanie	Wychylenie Wahadła	Czas Wahania	Ustawienie biegunników
		6 cm	16s	< | >
		6 cm	12,7s	> | <

Włączone Zasilanie 3A / 14V	Wychylenie Wahadła	Czas Wahania	Ustawienie biegunników
		6 cm	6s	< | >
		6 cm	8s	> | <

b) płytka z nacięciami :

Po wprowadzeniu płytki w ruch, przy zwiększaniu prądu cewki płytka zwalniała, po wyłączeniu zasilania cewki, płytka przyspieszyła do wartości prędkości kątowej mniejszej niż przed hamowaniem pod wpływem działania pola magnetycznego. Siły powodujące hamowanie płytki miały znacznie mniejszą wartość w przypadku płytki ponacinanej, a dużo większe dla płytki pełnej

Wyłączone zasilanie	Wychylenie Wahadła	Czas Wahania	Ustawienie biegunników
		6 cm	14s	< | >
		6 cm	13s	> | <

Włączone Zasilanie 3A / 14V	Wychylenie Wahadła	Czas Wahania	Ustawienie biegunników
		6 cm	11,5s	< | >
		6 cm	9,3s	> | <

3) Doświadczenie z żarówką:

Żarówka pod wpływem indukowanej w rdzeniu siły elektromotorycznej zaczynała świecić, jednak można było zauważyć , że przy tych samych parametrach wejściowych, żarówka świeciła dużo jaśniej przy zamkniętym obwodzie magnetycznym. Dla zamkniętego jarzma żarówka świeciła jasno już przy wartości napięcia ok. 14V

Przy otwartym obwodzie magnetycznym żarówka świeciła jaśniej, im szybciej przesuwaliśmy nią wzdłuż pionowej zwory i kolumny. By żarówka w położeniu statycznym przy otwartym obwodzie magnetycznym zaczęła świecić trzeba było podać napięcie rzędu 40V przy prądzie wejściowym ok. 6A, podanym impulsowo.

Zaobserwowane zjawiska podczas wykonywania doświadczenia :

- efekty dźwiękowe przy lekko podniesionym jarzmie

-magnesowanie się rdzenia

- strumień główny i rozproszony po otwarciu jarzma

---