ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ Β' ΛΥΚΕΙΟΥ

Φαινόμενα επαγωγής. Μελέτη με τη χρήση Multilog

Όργανα – Υλικά

Πηνία 300 – 600 – 1200 σπειρών        Γαλβανόμετρο μηδενός (με πηνίο)

2 ισχυροί ευθύγραμμοι μαγνήτες          Διακόπτης μπουτόν                          Καλώδια συνδέσεων

Multilog με μετασχηματιστή τροφοδοσίας         2 αισθητήρες τάσης

ΣΤΟΧΟΙ

1.  Να παρατηρηθούν παλμοί επαγωγικής τάσης σε πηνίο , λόγω μεταβολής της μαγνητικής ροής (πλησίασμα  -     απομάκρυνση μαγνήτη) και να συγκριθούν τα αποτελέσματα με τον αριθμό σπειρών των πηνίων.

2.  Να παρατηρηθεί η εμφάνιση επαγωγικής τάσης σε ένα πηνίο , λόγω μεταβολής της έντασης του ρεύματος που διαρρέει ένα γειτονικό πηνίο.

3.  Να παρατηρηθεί φαινόμενο επαγωγής σε ένα πηνίο , λόγω συνεχούς μεταβολής του ρεύματος σε ένα γειτονικό πηνίο (εναλλασσόμενο ρεύμα – μετασχηματιστής)

Πειραματική διαδικασία

ΠΡΩΤΟ   πείραμα

1.      Συνδέουμε στη σειρά τρία πηνία των 300 – 600 – 1200 σπειρών και το σύστημα με το πηνίο του γαλβανομέτρου μηδενός. Πλησιάζουμε ένα μαγνήτη σε κάθε πηνίο και ελέγχουμε αν η απόκλιση του δείκτη του γαλβανομέτρου είναι και στις τρεις περιπτώσεις προς την ίδια κατεύθυνση. Αν δεν συμβαίνει αυτό αλλάζουμε τη σύνδεση για κάποιο πηνίο. Στη φάση αυτή το αποτέλεσμα είναι εμφανές, η απόκλιση αυξάνει με τον αριθμό σπειρών των πηνίων.

2..   Αποσυνδέουμε το γαλβανόμετρο μηδενός και συνδέουμε στα άκρα του συστήματος των πηνίων τον   αισθητήρα τάσης.

3.                    Σύνδεση και ρυθμίσεις Myltilog

·       Συνδέουμε το Μultilog  στον  H/Y (COM 1)  και,  με το μετασχηματιστή,  στο δίκτυο

·       Ανοίγουμε τον Η/Υ και περιμένουμε να ολοκληρωθούν οι διαδικασίες έναρξης

·       Ανοίγουμε το Μultilog   και συνδέουμε τον αισθητήρα τάσης στην είσοδο 1

·       Ενεργοποιούμε στον Η/Υ το πρόγραμμα DB Lab 3.2  και στο παράθυρο που ανοίγει ακολουθούμε την εξής διαδρομή  Καταγραφέας à Ρυθμίσεις επικοινωνίας à Προσπάθεια σύνδεσης
 (Αν στο σχετικό παράθυρο που ανοίγει εμφανιστεί η ένδειξη ότι η είσοδος COM 1 είναι απασχολημένη τότε στην προσπάθεια σύνδεσης    εμφανίζεται  το παράθυρο Αποτυχία και η σύνδεση Μultilog  και Η/Υ δεν είναι δυνατή. Τότε κλείνουμε το παράθυρο, με ΟΚ, κλείνουμε και το παράθυρο Θύρα επικοινωνίας και επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία.)

·       Όταν εμφανιστεί το παράθυρο Συνδέθηκε πατάμε ΟΚ και συνεχίζουμε με
Καταγραφέας à Πίνακας ελέγχου και στο παράθυρο ελέγχουμε αν έχει αναγνωριστεί ο αισθητήρας στην αντίστοιχη είσοδο. Αν δεν έχει αναγνωριστεί τον ορίζουμε από τη λίστα αισθητήρων που εμφανίζεται αν ενεργοποιήσουμε το πεδίο της  εισόδου  1.

·       Στο πεδίο Ρυθμός ορίζουμε 500  μετρήσεις/second

·          «      «    Σημεία        «     5000  μετρήσεις,       δηλαδή ο χρόνος της μέτρησης θα είναι  10 s

4.   Σταθεροποιούμε, με σελοτέιπ, τους δύο μαγνήτες ώστε οι ομώνυμοι πόλοι να είναι μαζί, για να δημιουργούν  ισχυρό μαγνητικό πεδίο.

5.  Πατάμε Λήψη δεδομένων και «βυθίζουμε»  και απομακρύνουμε γρήγορα τους μαγνήτες στο εσωτερικό των πηνίων, διαδοχικά από το πηνίο των 300 σπειρών προς το πηνίο των 1200 σπειρών. Αυτή η διαδικασία πρέπει  να ολοκληρωθεί σε 10 s.

6.  Επειδή ο ρυθμός δειγματοληψίας είναι  >100 μετρήσεις/second, η παρουσίαση της γραφικής παράστασης δεν μπορεί να γίνει ON LINE , αλλά με Ανάκτηση δεδομένων από τη μνήμη. Επιλέγουμε, λοιπόν Καταγραφέας à Ανάκτηση δεδομένων  και περιμένουμε να ολοκληρωθεί η μεταφορά δεδομένων από τη μνήμη, οπότε εμφανίζεται η γραφική παράσταση.

 Αν η κλίμακα των τάσεων είναι δυσανάλογη με το εύρος των μετρήσεων, την προσαρμόζουμε για να είναι πιο εμφανείς οι μεταβολές.
 Γι  αυτό επιλέγουμε Προβολή à Κλίμακα και στα σχετικά πεδία «Ελάχιστο», «Μέγιστο», δίνουμε συμμετρικές, περίπου, τιμές που να καλύπτουν τις  εμφανιζόμενες τάσεις και πατάμε ΟΚ. Εμφανίζεται εικόνα αντίστοιχη με το σχήμα 1.

(Γίνονται μετρήσεις και συσχετισμοί του αποτελέσματος με την πειραματική διαδικασία, δηλαδή τιμές και πολικότητα τάσης σε σχέση με την κίνηση του μαγνήτη και τον αριθμό σπειρών των πηνίων)

ΣΧΗΜΑ 1

ΔΕΥΤΕΡΟ   πείραμα

1.      Τοποθετούμε δίπλα – δίπλα δύο πηνία 300 και 1200 σπειρών ώστε να ταυτίζονται οι άξονές τους. «Περνάμε»    στο εσωτερικό των πηνίων τον μακρύ πυρήνα σιδήρου, ώστε να αυξηθεί η επαγωγική σύζευξη.

2.      Στο πηνίο των 300 σπειρών  συνδέουμε με διακόπτη μπουτόν μια μπαταρία 4,5V και στο πηνίο των 1200 σπειρών τον αισθητήρα τάσης.

3.      Επιλέγουμε ρυθμό 2000  μετρήσεις/second και 5000 μετρήσεις, άρα χρόνο μετρήσεων 2,5 s.

4.      Πατάμε Λήψη δεδομένων και στο διάστημα λήψης των μετρήσεων πατάμε το διακόπτη μπουτόν κλείνοντας το κύκλωμα  και τον αφήνουμε, ανοίγοντας το κύκλωμα.

5.      Κάνουμε Ανάκτηση δεδομένων και μετά από λίγο έχουμε τη γραφική παράσταση, που περιλαμβάνει δύο παλμούς τάσης, αντίθετης πολικότητας, που αντιστοιχούν στο άνοιγμα και το κλείσιμο του διακόπτη, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

ΣΧΗΜΑ 2

ΤΡΙΤΟ   πείραμα

1.      Συναρμολογούμε στον πυρήνα U ένα μετασχηματιστή, τοποθετώντας τα πηνία των 300 και 600 σπειρών  και κλείνουμε το μαγνητικό κύκλωμα με τον κοντό πυρήνα.

2. Συνδέουμε το πηνίο 300 σπειρών (πρωτεύον) σε εναλλασσόμενη τάση 6V  ( από τον πολλαπλό  μετασχηματιστή ή το  τροφοδοτικό των νέων εργαστηρίων).
  Παράλληλα συνδέουμε και τον αισθητήρα τάσης.

3.   Συνδέουμε στο πηνίο των 600 σπειρών ( δευτερεύον) τον άλλο αισθητήρα τάσης και τον οδηγούμε στην  είσοδο 2 του  Μultilog

4.   Επιλέγουμε ρυθμό 2000  μετρήσεις/second και 200 μετρήσεις, άρα χρόνο μετρήσεων 0,1 s.

5.   Κλείνουμε το κύκλωμα του πρωτεύοντος, πατάμε Λήψη δεδομένων και κάνουμε Ανάκτηση δεδομένων.  Το αποτέλεσμα θα είναι , ίσως, όπως στο σχήμα 3. Το αν οι δύο τάσεις θα έχουν συμφωνία ή αντίθεση φάσης  εξαρτάται από τη φορά των περιελίξεων των δύο πηνίων. Μετράμε τα πλάτη των τάσεων για να διαπιστώσουμε αν  έχουν λόγο 1:2.

ΣΧΗΜΑ 3