(909) Электромагнитное поле. Руководство по выполнению базовых экспериментов эмп. 001 Рбэ (909) 2005

• Название: Руководство по выполнению базовых экспериментов эмп. 001 Рбэ (909) 2005
• Анкор: (909) Электромагнитное поле.doc
• Дата: 02.05.2018
• Размер: 2.53 Mb.
• Имя файла: (909) Электромагнитное поле.doc
• Тип: Руководство; #18769
• страница: 2 из 12

Моделирование плоскопараллельных электростатических и магнитных полей током в проводящем листе

1. Общие сведения

Известно, что электростатическое поле в области, где нет свободных зарядов, а также постоянное магнитное поле в области, где нет токов, описывается такими же уравнениями, как и поле постоянного тока в проводящей среде вне источников энергии, в частности, уравнением Лапласа:

.

Поскольку уравнение Лапласа имеет единственное решение при заданных граничных условиях, то при подобных граничных условиях в диэлектрике и в проводящей среде распределение потенциала будет одинаковым в обеих средах. Это подобие позволяет моделировать как электростатические, так и магнитные поля полем электрического тока в проводящей среде. Соблюдение подобных граничных условий сводится к геометрическому подобию областей, в которых исследуется поле.

Плоский проводящий лист позволяет моделировать распределение электрического потенциала или магнитных силовых линий в сечении плоскопараллельного поля, перпендикулярном длинным заряженным проводникам или проводникам с током. Эквипотенциальные линии в проводящем листе соответствуют эквипотенциальным линиям в электростатическом поле между заряженными проводниками. При моделировании магнитного поля эквипотенциальные линии в проводящем листе соответствуют магнитным силовым линиям при протекании тока в проводниках.

С
обранная установка для моделирования с одним из планшетов показана на рис. 1.1. Остальные четыре планшета – на рис. 1.2.




Планшеты №№ 1, 2, 3, 4 используются для моделирования электростатических полей заряженных длинных проводов соответствующих сечений. Планшет №1и, в меньшей степени, №3 и №4 пригодны также и для моделирования магнитного поля двухпроводной линии с током, на планшете №5 моделируется магнитное поле между полюсами и в зазоре явнополюсной электрической машины. На планшетах №3 и №4 при моделировании магнитного поля граничные условия обеспечиваются неточно, поэтому картина поля вблизи проводников, полученная с помощью модели. несколько отличается от реальной.

2. Экспериментальная часть

• 1.2.1. Моделирование плоскопараллельного электростатического поля

Задание

Построить картину силовых линий моделируемого электростатического поля, определить его напряжённость в отдельных точках.

Порядок выполнения работы

• 
  Установите на наборную панель один из вариантов конфигурации проводящего листа (планшет 1, 2, 3 или 4) и подключите питание от генератора постоянных напряжений и мультиметр в режиме вольтметра, как показано на рис. 1.1.
  
• 
  Приготовьте рисунок расположения электродов с координатной сеткой (см. приложение 1).
  

• 
  Включите выключатель сети блока генераторов напряжений (БГН) и убедитесь, что один из электродов имеет потенциал, равный нулю, а другой – потенциал, равный напряжению источника питания.
  
• 
  Выберите такое напряжение питания U = 10…15 В и шаг изменения потенциала (например 1; 2 или 2,5 В), чтобы на картине поля получилось 7…10 эквипотенциальных линий.
  
• 
  Перемещая зонд от точки нулевого потенциала по оси симметрии к другому электроду, найдите точки с потенциалами , 2, 3 … Найденные точки отмечайте на приготовленном рисунке с координатной сеткой.
  
• 
  Перемещая зонд из точки с потенциалом вокруг электрода (слегка приближаясь или удаляясь от него), находите точки равного потенциала и отмечайте их на рисунке. Точки равного потенциала соедините плавной кривой. Аналогично постройте другие эквипотенциальные линии.
  

Примечание: В каждом варианте проводящего листа имеются одна или две оси симметрии, поэтому можно ограничиться исследованием половины или четверти проводящей области листа.

• 
  Пользуясь известными правилами графического построения картины поля, по эквипотенциальным линиям электростатического поля постройте силовые линии напряжённости поля.
  
• 
  Вычислите напряженность электрического поля в двух - трёх точках проводящего листа и покажите направление вектора напряженности в этих точках на рисунке ().
  

• 1.2.2. Моделирование плоскопараллельного магнитного поля

Задание

Построить картину силовых линий исследуемого магнитного поля, определить его магнитную индукцию в отдельных точках, приняв какое-нибудь конкретное значение намагничивающего тока.

Порядок выполнения работы

• 
  Установите на наборную панель один из вариантов конфигурации проводящего листа (планшет 1, 3, 4 или 5) и подключите питание от генератора постоянных напряжений и мультиметр в режиме вольтметра, как показано на рис. 1.1.
  
• 
  Приготовьте рисунок расположения электродов с координатной сеткой (см. приложение 1).
  

• 
  Включите выключатель «Сеть» блока генераторов напряжений (БГН) и убедитесь, что один из электродов имеет потенциал, равный нулю, а другой – потенциал, равный напряжению источника питания.
  
• 
  Выберите такое напряжение питания U = 10…15 В и шаг изменения потенциала (например 1; 2 или 2,5 В), чтобы на картине поля получилось 7…10 эквипотенциальных линий.
  
• 
  Перемещая зонд от точки нулевого потенциала по оси симметрии к другому электроду, найдите точки с потенциалами , 2, 3 … Найденные точки отмечайте на приготовленном рисунке с координатной сеткой.
  
• 
  Перемещая зонд из точки с потенциалом вокруг электрода (слегка приближаясь или удаляясь от него), находите точки равного потенциала и отмечайте их на рисунке. Точки равного потенциала соедините плавной кривой. Аналогично постройте другие эквипотенциальные линии.
  

Примечание: В каждом варианте проводящего листа имеются одна или две оси симметрии, поэтому можно ограничиться исследованием половины или четверти проводящей области листа.
Считая снятые эквипотенциальные линии электрического поля магнитными силовыми линиями, постройте линии равного магнитного потенциала, пользуясь известными правилами графического построения картины поля. Примите конкретное значение тока в шинах или МДС катушек и укажите для каждой эквипотенщиальной линии значение магнитного потенциала.

• 
  Вычислите магнитную индукцию в двух – трёх точках поля и покажите направление вектора магнитной индукции в этих точках на рисунке ().