14 Лаба. лаб.14 электр. Отчет по дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

• Название: Отчет по дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
• Анкор: 14 Лаба
• Дата: 03.10.2022
• Размер: 2.05 Mb.
• Имя файла: лаб.14 электр.docx
• Тип: Отчет; #712024

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей и технической физики

ОТЧЕТ

По дисциплине: Физика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема отчета: Исследование работы однофазного трансформатора

Выполнил: студент гр. ГС-21-1 Черниговская М.В.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Дата:

Проверил:



^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}


Санкт-Петербург

2022

1. 
   Цель работы
   

Изучение явления электромагнитной индукции и взаимной индукции при

помощи трансформатора. Ознакомление с принципом действия однофазного трансформатора. Экспериментальное определение и исследование характеристик однофазного трансформатора.

2. 
   Краткое теоретическое содержание
   

1. 
   Явление, изучаемое в работе: явление электромагнитной индукции.
   

2. 
   Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:
   

Трансформатор - электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины без изменения частоты тока и состоящее из замкнутого ферромагнитного сердечника и двух обмоток, изолированных от сердечника и друг от друга.
Электромагнитная индукция – это явление возникновения тока в замкнутой цепи, при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.  


ЭДС (электродвижущая сила) – это физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного направленного заряда.


Магнитное поле – силовое поле (подобно гравитационному или электрическому полю), окружающее токи и постоянные магниты. Магнитное поле не действует на неподвижные заряды, оно может создаваться только движущимися зарядами и действует только на движущиеся заряды.


Магнитный поток – скалярная величина, которая количественно описывает прохождение магнитного поля через некоторую поверхность.


Коэффициент трансформации – это величина, показывающая во сколько раз ЭДС во вторичной обмотке трансформатора меньше, чем в первичной.


Электрический ток – это упорядоченное движение свободных положительных электрических зарядов. 
Сила тока – количественная характеристика электрического тока.

Мощность электрического тока – физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Численно равна работе, совершенной в единицу времени. 

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением отдаваемой активной мощности к потребляемой. 


Взаимная индукция – явление возникновения ЭДС индукции в одном контуре при изменении силы тока в другом контуре.
Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.
Вихревое электрическое поле – магнитное поле, созданное индуцированным током, и препятствующее изменению магнитного потока, вызвавшего индуцированный ток.

3. 
   Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчетные формулы:
   

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея.
Закон электромагнитной индукции: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего какой-либо проводящий контур, в нем наводится (индуцируется) электродвижущая сила.
Правило Ленца: направление ЭДС таково, что возникающий в контуре под действием данной ЭДС индуцированный ток создает магнитное поле, препятствующее изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
ЭДС индукции, возникающая в первичной обмотке:

а ЭДС индукции во вторичной обмотке:

Закон Ома для участка с ЭДС индукции: устанавливает связь силы тока на участке цепи с напряжением на концах этого участка и его сопротивлением.

Применяя к обмоткам трансформатора закон Ома для участка с ЭДС индукции, находим напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора.



Деля почленно уравнения, получаем коэффициент трансформации, который показывает, во сколько раз ЭДС во вторичной обмотке трансформатора меньше, чем в первичной:

4. 
   Пояснения к физическим величинам и их единицы измерения:
   

U₁ и U₂ – входное и выходное напряжения трансформатора соответственно, В.

Ф – магнитный поток, Вб.

t – время, с.

E₁ и E₂ – ЭДС индукции, возникающие в первичной и во вторичной обмотках соответственно, В.

N₁ и N₂ – число витков в первичной и во вторичной обмотках.

R₁ и R₂ – сопротивления первичной и вторичной обмоток, Ом.

I₁ и I₂ – силы тока в обмотках, А.

1

3

3

III. Схема установки:


4

2


1 – трансформатор; 2 – переключатель вольтметра на разные обмотки; 3 – амперметр; 4 – вольтметр; U_p – напряжение питания; U_s – напряжение сопротивления.
IV. Расчетные формулы:

1. 
   Коэффициент трансформации:
   

Где – входное напряжение (на первичной обмотке), B; – выходное напряжение (на вторичной обмотке), B.

2. 
   Полезная мощность, Вт:
   

Где U₁ – входное напряжение, В; I₁ – cила тока в первичной обмотке, А.

3. 
   Передаваемая мощность, Вт:
   

Где U₂ – выходное напряжение, В; I₂ – cила тока во вторичной обмотке, А.

4. 
   Идеальный КПД трансформатора:
   

5. 
   Формулы погрешностей косвенных измерений:
   

1. 
   Абсолютная погрешность вычисления коэффициента трансформации
   

2. 
   Абсолютная погрешность вычисления мощности, Вт
   

3. 
   Абсолютная погрешность вычисления коэффициента полезного действия, %
   

5. 
   Таблицы с результатами измерений и вычислений.
   

Таблица 1. Результаты измерений и вычислений коэффициента трансформации при различных значениях напряжения.

U блока питания, В	, В	, В
2	1,90	1,48	1,28
4	3,89	2,06	1,88
6	5,63	3,24	1,74
8	7,62	4,41	1,73
10	9,61	5,60	1,72
12	11,80	6,90	1,71
14	13,70	8,00	1,71

Получим, что

Таблица 2. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при R= 10 Ом.

U блока питания, В	, В	, А	, В	, А	,Вт	,Вт	, %
2	1,80	0,08	0,84	0,10	0,14	0,08	57,14
4	3,41	0,21	1,95	0,20	0,72	0,39	54,17
6	5,38	0,31	3,00	0,31	1,67	0,93	55,69
8	7,00	0,39	4,00	0,39	2,73	1,56	57,14
10	8,8	0,48	5,00	0,49	4,22	2,45	56,87
12	10,82	0,57	6,13	0,59	6,17	3,62	58,67
14	12,50	0,67	7,10	0,69	8,38	4,89	58,35

Таблица 3. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при R= 9 Ом.

U блока питания, В	, В	, А	, В	, А	,Вт	,Вт	, %
2	1,80	0,11	0,80	0,12	0,19	0,15	78,95
4	3,40	0,22	1,90	0,23	0,75	0,43	57,33
6	5,10	0,32	2,90	0,32	1,63	0,93	57,05
8	7,00	0,42	4,00	0,43	2,94	1,72	58,50
10	8,80	0,51	5,00	0,54	4,49	2,70	60,13
12	10,80	0,62	6,00	0,65	6,69	3,90	58,30
14	12,50	0,70	7,03	0,76	8,75	5,34	61,03

Таблица 4. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при R= 8 Ом.

U блока питания, В	, В	, А	, В	, А	,Вт	,Вт	, %
2	1,60	0,12	1,45	0,12	0,19	0,17	89,47
4	3,40	0,24	2,00	0,24	0,82	0,48	58,54
6	5,00	0,34	2,90	0,35	1,70	1,02	60,00
8	6,84	0,44	3,85	0,46	3,01	1,77	58,80
10	8,41	0,54	5,00	0,60	4,54	3,00	66,08
12	10,03	0,64	6,00	0,72	6,42	4,32	67,23
14	11,90	0,74	7,10	0,84	8,81	5,97	67,76

Таблица 5. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при R=7 Ом.

U блока питания, В	, В	, А	, В	, А	,Вт	,Вт	, %
2	1,60	0,16	0,80	0,16	0,26	0,13	50,00
4	3,40	0,25	1,90	0,27	0,85	0,51	60,00
6	5,00	0,37	2,80	0,41	1,85	1,15	62,16
8	6,84	0,48	3,82	0,54	3,28	2,06	62,80
10	8,40	0,58	4,78	0,68	4,87	3,25	66,74
12	10,03	0,69	5,93	0,81	6,92	4,80	69,36
14	11,90	0,85	7,14	0,95	10,12	6,78	66,99

Таблица 6. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при R= 6 Ом.

U блока питания, В	, В	, А	, В	, А	,Вт	,Вт	, %
2	1,50	0,13	0,80	0,15	0,20	0,12	60,00
4	3,30	0,27	1,80	0,31	0,89	0,56	62,92
6	5,00	0,40	2,81	0,46	2,00	1,29	64,50
8	6,70	0,52	3,70	0,62	3,48	2,29	65,80
10	8,17	0,64	4,60	0,76	5,23	3,49	66,73
12	10,01	0,75	5,90	0,84	7,51	4,95	65,91
14	11,85	0,87	7,13	1,00	10,31	7,13	69,17

Таблица 7. Результаты измерений и вычислений передаваемой мощности и КПД трансформатора при R= 5 Ом.

U блока питания, В	, В	, А	, В	, А	,Вт	,Вт	, %
2	1,60	0,15	0,80	0,15	0,24	0,12	50,00
4	3,05	0,28	1,70	0,32	0,85	0,54	63,53
6	4,85	0,43	2,80	0,52	2,09	1,46	69,86
8	6,60	0,57	3,80	0,71	3,76	2,70	71,81
10	8,12	0,70	4,56	0,87	5,68	3,97	69,89
12	9,83	0,83	5,70	1,00	8,16	5,70	69,85
14	11,3	0,96	6,50	1,00	10,85	6,50	59,91

VII. Пример вычисления

1.Исходные данные:



2.Погрешности прямых измерений:

=

=



3. Вычисления

Таблица 1, опыт 1:



Таблица 2, опыт 1:

Вт






Таблица 2
Пример вычисления погрешности:

Таблица 1:



Таблица 2 (при R=10 Ом):







VIII. Графический материал

График 1. График зависимости напряжения на вторичной обмотке трансформатора от напряжения на первичной обмотке . По данным табл. 1.



Из графика можно сделать вывод, что коэффициент трансформации K=1,71. Теоретическое значение: 1,67. С учетом погрешности Kэксп=1,71±0,44.

График 2. График зависимости выходной мощности трансформатора от напряжения вторичной обмотки для всех сопротивлений реостата.



IX. Анализ полученных результатов и вывод

Результат:

Среднее значение коэффициента трансформации K=1,68±0,44

Теоретическое значение коэффициента трансформации K=1,67.

Расхождение теоретического и экспериментального значений



Трансформатор является понижающим.

Вывод:

По итогам проведения лабораторной работы можно прийти к следующим выводам:

1. 
   При увеличении сопротивления нагрузки напряжение на вторичной обмотке увеличивается, а ток – уменьшается, что является экспериментальным доказательством закона Ома. При увеличении напряжения вторичной обмотки увеличивается и выходная мощность.
   
2. 
   При увеличении значений напряжения на блоке питания увеличиваются значения тока, напряжения, мощности и КПД.