Napětí indukované změnou proudu v cívce

Pomůcky

• Měřicí souprava ISES, modul voltmetr nastavený na rozsah 10 V a připojený na vstup A,
• ampérmetr nastavený na rozsah 1 A a připojený na vstup B,
• zdroj stejnosměrného napětí, cívka 1000 závitů, proměnný rezistor 50 Ω, ohmmetr, vypínač.

Úkoly

1. Změřit indukované napětí v cívce při přerušení proudu pro různé hodnoty zatěžovacího rezistoru.
2. Nalézt hodnotu odporu rezistoru, při které je indukované napětí v cívce při přerušení proudu stejně velké jako napájecí napětí.
3. Při stejné hodnotě zatěžovacího rezistoru změřit indukované napětí v cívce při přerušení proudu pro různé hodnoty napájecího napětí.
4. Při stejné hodnotě napájecího napětí měřit indukované napětí v cívce s nasunutým železným jádrem a porovnat s hodnotou bez jádra.

Teorie

V cívce se při přerušení procházejícího proudu indukuje napětí. Toto napětí má dle Lencova pravidla takovou velikost a polaritu, aby se zachovala velikost magnetického toku v cívce i po přerušení proudu. Protože magnetický tok je úměrný protékajícímu proudu, bude indukované napětí takové, aby proud cívkou zůstal stejný. Při napájení ze zdroje napětí je proud cívkou omezen odporem vinutí cívky. Po přerušení napájecího proudu se zdrojem napětí stává samotná cívka a proud protéká zatěžovacím rezistorem, a aby směr proudu zůstal stejný, indukuje se napětí opačné polarity a jeho velikost závisí na hodnotě odporu zatěžovacího rezistoru.

Nastavení

Založíme novou úlohu a načteme nastavení u_civka3.imc: čas 0,1 s, vzorkování 10 000 Hz, start měření trigger ↓, pretrig 10 %, panel č. 1 napětí +5 V; −5 V, proud +0,5 A; −0,5 A.

Provedení

Zdroj stejnosměrného napětí nastavený na 1,5 V připojíme na cívku přes vypínač a modul ampérmetr. Paralelně před ampérmetr připojíme proměnný rezistor 50 Ω. Na cívku připojíme modul voltmetr dle následujícího schématického zapojení.

Zapneme napájecí zdroj, sepneme spínač a spustíme měření. Po rozpojení spínače se v cívce indukuje napěťový impuls opačné polarity, jenž se zobrazí na monitoru. Na dolní části monitoru uvidíme průběh procházejícího proudu. Měření provedeme pro pět různých nastavení zatěžovacího rezistoru tak, aby se indukoval napěťový impuls −1 V, −2 V, −3 V, −4 V, −5 V. Zapíšeme hodnoty indukovaného napětí, protékajícího proudu a odporu rezistoru. Měření zobrazujeme do stejného obrazu a výsledek měření uložíme.

Nalezneme takovou hodnotu zatěžovacího rezistoru, aby indukovaná hodnota napětí byla stejná jako napájecí napětí. Tuto hodnotu také zapíšeme. Změříme hodnotu odporu vinutí cívky.

Měření provedeme pro tři hodnoty napětí zdroje 1 V, 2 V, 3 V, a to při nastavené hodnotě zatěžovacího rezistoru jako v bodě 2.

Zdroj napětí nastavíme na 4 V, zatěžovací rezistor je v poloze nalezené při měření v bodě 2. Spustíme měření stejně jako v bodě 1 a provedeme měření pro cívku s jádrem sestaveným, s posunutou částí I, s odstraněnou částí I a při nahrazení části U částí I uvnitř cívky. Měření opět zobrazujeme do stejného obrazu a výsledek měření uložíme.

Protokol

Název: Napětí indukované změnou proudu v cívce
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Hodnoty zatěžovacího rezistoru pro různá indukovaná napětí:

Umax  [V]
R  [Ω]

Vyhodnocení měření:

1. Nakreslit do grafu závislost indukovaného napětí na odporu zatěžovacího rezistoru.
2. Porovnáme hodnotu odporu zatěžovacího rezistoru a odporu vinutí cívky, když je maximální indukované napětí na cívce v absolutní hodnotě stejné jako napájecí napětí.
3. Porovnáme maximální indukované napětí na cívce s napětím zdroje.
4. Sledujeme hodnotu indukovaného napětí na cívce v závislosti na indukčnosti cívky, jejíž hodnota klesá, když postupně odstraňujeme železné jádro. Při měření zároveň kontrolujeme průběh proudu v obvodu.

 

Závěr

Porovnat výsledky měření s indukčním zákonem, zdůvodnit velikost indukovaného napětí a protékajícího proudu při měřeních v bodech 1 až 4.

Výsledky

Název: Napětí indukované změnou proudu v cívce
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Indukované napětí a proud v cívce při různých hodnotách zatěžovacího rezistoru:

Hodnota zatěžovacího rezistoru R ovlivňuje velikost indukovaného napětí, ale proud cívkou zůstává stejný.

Indukované napětí v cívce při různých hodnotách napájecího napětí:

Indukované napětí je stejné jako napájecí, pokud se hodnota zatěžovacího rezistoru rovná odporu vinutí cívky.

Závislost napětí a proudu v cívce v závislosti na změně její indukčnosti při zasouvání jádra:

Při zvyšování indukčnosti zasouváním jádra se prodlužuje doba, kdy napětí a proud klesne na nulu.

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014