Энэ бодлогоор гал тогооны индукцийн халаагуурын маш сонирхолтой физик үзэгдэлтэй танилцана. Ийм төхөөрөмжийн үндсэн хэсэг нь ороомог бөгөөд хувьсах гүйдлээр үүсэх индукцийн гүйдлээр дээрээ тавьсан металл савыг халаадаг. Ийм орчин үеийн халаагуур нь аюулгүй орчин (гал болон шатамхай хий байхгүй), илүү цэвэр сав суулга (хөө тортог байхгүй), илүү хурдан халаах, байгаль орчинд ээлтэй (сэргээгдэх эрчим хүчээр ажиллах боломжтой) зэрэг олон давуу талтай. Энэ туршилтаар бид индукцийн халаагуурын суурь физикийг судлах болно.
Туршилт нь гурван хэсэгтэй. Эхлээд бид ороомгийн индукцлэл ($L$) ба ороомгийн идэвхтэй эсэргүүцэл ($R_L$) -г хэмжинэ. Хоёрдугаарт, бид индукцийн халаагуурт чухал ач холбогдолтой металлын гадаргаар гүйх гүйдлийн нимгэн үеийн зузаан буюу скин гүнийг тодорхойлно. Гуравдугаарт, бид янз бүрийн металл ялтсын хувийн дулааны багтаамж ($c$) ба тэдгээрийн ачааллын эффектив эсэргүүцлийг ($R_{\mathrm{LOAD}}$) тодорхойлно.
Параметр/Тогтмол Тэмдэглэгээ тоон утга Стефан-Больцман $\sigma_S$ $5.670\times10^{-8}\:{\rm W\:m^{-2}K^{-4}}$ Соронзон тогтмол $\mu_0$ $4\pi\times10^{-7}\: {\rm H/m}$ Al - хөнгөнцагааны нягт $\rho_{\textrm{Al}}$ $2700 \, \mathrm{kg/m^3}$ SS410 - гангийн нягт $\rho_{\textrm{SS410}}$ $7700 \, \mathrm{kg/m^3}$ Al - хөнгөнцагааны цацаргах чадварын коэффицент $e_{\textrm{Al}}$ 0.65 SS410 - гангийн цацаргах чадварын коэффицент $e_{\textrm{SS410}}$ 0.8
Санамж:
Индукцийн халаагуурын гол хэсэг нь ороомог. Энэ туршилтад зураг 3b-д үзүүлсэн ороомог#1 (дээд тал) - ийн өөрийн индукцлэл ($L$) - ийг хэмжинэ. Энэ ороомог (coil#1) нь дотроо $L$ индукцлэлтэй ороомог түүнтэй цуваа холбогдсон $R_L$ идэвхтэй эсэргүүцэл бүхий хэсгүүдээс тогтсон гэж үзнэ.
Бид энэ даалгаварт шар металл эсэргүүцэл $R_1$, ороомог#1 ба конденсатор бүхий цуваа холбогдсон RLC хэлхээг ашиглах болно. Энд 4 өөр багтаамжтай конденсатор байгаа. Давтамжийг өөрчлөх замаар функцийн генераторын гаралтын хүчдэл болон эсэргүүцэл дээрх хүчдэлийг тус тус тэмдэглэж авна.
Бид энэ хэсэгт ороомгийн идэвхтэй эсэргүүцэл $R_L$ - ийг тодорхойлно. Нэг конденсаторын резонансын өгөгдөл нь $L$ - г үнэн зөв нарийвчлалтай тодорхойлоход хангалтгүй. Тиймээс туршилтад хэрэглэж буй цуваа RLC хэлхээнээс $L$ ба $R_L$- ийг хоёуланг нь олох боломжтой шугамчилсан тэгшитгэл бүхий аргачлал зохио.
Конденсаторуудаа $C=470 \, \mu\mathrm{F}$ ба $1000 \, \mu\mathrm{F}$ конденсатруудаар сольж өмнө нь хийсэн хэмжилтүүдээ давтаж хий. Хэмжилтийн өгөгдлөө хүснэгтэд тэмдэглэ. Одоо өөрийн гаргасан шинэ аргачлалаа ашиглан бүх 4 RLC хэлхээний хэмжилтэнд боловсруулалт хийж тохирох графикуудыг байгуул. Графикийнхаа давтамжийн мужийг тохиромжтойгоор сонгож авахад анхаар.
ТАЙЛБАР:
A. Харилцан индукцлэл
Энэ туршилт #2 -д Зураг 4 -д үзүүлсэн хоёр ороомгийг ямар нэгэн металл хавтангүйгээр ашиглах болно. Эхлээд, бид хоёр ороомгийн харилцан индукцлэл $M$ -ийг хэмжинэ. Фарадейн хууль ёсоор, ороомог#1 дахь гүйдлийн өөрчлөлт ороомог#2-т индукцийн хүчдэл үүсгэдэг.
B. Гадаргын зузаан судлах туршилт
Индукцийн халаагуурын хувьд "скин гүн" гэсэн ойлголт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хувьсах (AC) гүйдлээр өдөөгдсөн цахилгаан соронзон орон металын дотогшоо нэвтрэх гүнийг "скин гүн" гэх ойлголтоор тодорхойлдог. Энэ туршилтаар бид савны ёроол болгон ашиглаж болохуйц төрөл бүрийн металлын “скин гүн”-ийг судлах болно. “Скин гүн” давтамжаас хэрхэн хамаарахыг судлах ба цаашлаад тухайн металлын цахилгаан дамжуулах чанарыг ($\sigma$) хэмжинэ.
Ороомог#1-ийг анхдагч ороомог, ороомог#2-ыг хоёрдогч ороомог болгон сонгож авна. Металлын нийт зузаан ($\sim 3 \, \mathrm{mm}$) нь ороомог хоорондын ($15 \, \mathrm{mm}$) зайтай харьцуулахад бага тул хоёрдогч ороомог орчим, доод хэсэгт соронзон орон нь ойролцоогоор тогтмол (хэрэв металл байгаагүй бол) байна гэж үзэж болно.
Максвеллийн тэгшитгэл ёсоор, хэлбэлзэж буй цахилгаан эсвэл соронзон орон аливаа дамжуулагч руу нэвтрэхдээ, нэвтрэх $z$ гүнээс хамаарч экспоненциалаар сулардаг:
$$B(z)= B_0\: e^{-z/\delta}\:\cos (\omega t - z/\delta + \phi)$$
үүний $B_0$ нь дамжуулагч руу нэвтрэхийн өмнөх соронзон орны далайц, $\delta$ нь “скин гүн” ба $\phi$ нь фаз. Санамж: бид $(-z/\delta+\phi)$ гишүүнийг энэхүү туршилтад тооцохгүй орхино.
Дамжуулагчийн "скин гүн" нь дараах байдлаар өгөгдөнө:
$$\delta = \sqrt{\frac{\sigma^m f^n}{\pi \mu}}$$
үүний $\sigma$ нь хувийн цахилгаан дамжуулах чадвар, $f$ нь давтамж, $\mu = \mu_r \times \mu_0$ нь соронзон нэвтрүүлэх чадвар, $m$ ба $n$ нь бүхэл тоон зэрэг бөгөөд үүнийг энэ туршилтаар тодорхойлно.
Бид энэхүү туршилтад дөрвөн өөр төрлийн металл ашиглан хэмжилт хийнэ: (1) Хөнгөнцагаан, (2) Зэс, (3) “SS304” ган, мөн (4) “SS410” ган. Ороомгуудын хооронд металл хавтангуудыг нэг нэгээр нь хийснээр, уг металлууд дотор үүсэх хуйларсан едди гүйдлийн улмаас хоёрдогч ороомгийн өмнө "хаалт" бий болж түүнд үүсэх хүчдэл багасна.
Санамж: Эхлээд, хоёрдогч ороомгийн хүчдэлд мэдэгдэхүйц өөрчлөлт үзүүлж буй давтамжийн тохиромжтой завсар мужийг илрүүлээрэй.
Металл бүрийн хувьд (бүхэл орноор тоймлосон) $n$-ийн утгыг туршилтаар хэмжиж олох цогц аргачлалыг, тэгшитгэлүүдийнх нь хамт боловсруул. Эхний шатанд хэмжсэн утгууд дээрээ регрессийн шинжилгээ хийснээр, дараагийн шатанд $n$ ба $\sigma$-ийн утгыг тодорхойлох боломжтой график байгуулахад шаардагдах, хэрэгцээт өгөгдлийг гарган авч болно (энэ графикийг Дасгал Q2.6-д дахин ашиглана).
Скин гүний хэтийдсэн утгаасаа болж зохимжит хэмжилт хийгдээгүй нэг металлыг онцолж ол, ингэснээр дасгал Q2.5 and Q2.6-д тооцохгүй орхиж болно.
ТАЙЛБАР:
Энэ туршилтад бид хөнгөнцагаан ба SS304 металл хавтанг "халаагуурын сав" болгон ашиглах болно. Эхлээд та Хөнгөн цагаан "хавтанг" (зүйл №11) суурилуулж, дээд тавцан дээр хавчуулж, дараа нь 5-р зурагт үзүүлсэн шиг эргүүлж тавиарай. Та "хавтан" -гаас сайн тусгаарлагдсан 2-р ороомог ашигласнаар тэдгээрийн хооронд контактын дулаан дамжуулалт байхгүй болно.
Конвекцын алдагдлыг үл тооцохгүйн тулд уг төхөөрөмжөө хар хайрцагт (зүйл №8) байрлуул. Металл "хавтан" нь хуванцар тавцан (дулаан тусгаарлагч) дээр суудаг тул бид дамжуулалтаас үүсэх дулааны алдагдалгүй гэж үзэж болно. Иймд хүрээлэн буй орчинтой дулааны цацаргалтаар дулаан авч өгч солилцоно. Дулааны цацаргалтын чадал нь биеийн температур $T$ -ээс дараах байдлаар хамаарна:
$$P_{RAD}=e A \sigma_S T^4$$
Энд $e$ нь цацаргах чадварын коэффицент, $\sigma_S$ нь Стефан-Больцманы тогтмол ба A нь цацаргалт хийх гадаргын талбай.
Бид NTC термисторын (хавсралт) эсэргүүцлийг хэмжих замаар металл "хавтан" -ы температурыг хэмжиж болно.
$$R_{NTC}=R_0\:\exp{[B(1/T-1/T_0)]}$$
Энд $R_0 = 10 \, \mathrm{k}\Omega$ бөгөөд энэ нь $T_0 = 25 \, ^{\circ}\mathrm{C}$ температурт харгалзана, тогтмол $B = 3950 \, \mathrm{K}$ тогтмол ба $T$ нь термисторын температур (K-ээр).
Эцэст нь бид металл "хавтан" халаалт нь зурагт 6 -д үзүүлсэн шиг ачааллын эсэргүүцэл" $R_{\mathrm{LOAD}}$-г схемд оруулж загварчилж болно. Өөрөөр хэлбэл, ороомог металл системийн загварчлалд ороомгийн индукцлэл $L$ , ороомгийн эсэргүүцэл $R_L$ ба “ачааллын эсэргүүцэл” $R_{\mathrm{LOAD}}$ байх болно.
D.1. Функцийн генератор
Нүүрний хэсэг:
D.2. ДИЖИТАЛ ОСЦИЛЛОСКОП
1. НҮҮРНИЙ ТОВЧНУУД
Эдгээр товч нь танд тохиргоог хийх, функц сонгох, хэмжилтийн тохируулга хийх боломжийг олгоно.
2. ОСЦИЛЛОСКОПООР ХЭМЖИЛТ ХИЙХ ГОРИМ :
Осциллограф горимын үед зөвхөн хүчдэлийг хэмжиж, долгион хэлбэрээр хугацаанаас хамааруулан графикаар харуулдаг. 1 МГц хүртэлх өндөр давтамжтай хүчдэлийн дохиог хэмжиж чадна.
3. МУЛЬТИМЕТР ГОРИМ :
Мултиметр горимыг хүчдэл, эсэргүүцэл зэрэг параметрийг хэмжихэд ашигладаг. Хувьсах гүйдлийн вольтметрийн горимд энэ нь 4 утгат орон бүхий заалтыг өгдөг боловч давтамж нь зөвхөн 40 Гц-ээс 1 кГц хооронд хязгаарлагддаг.
Эсэргүүцлийг хэмжихийн тулд F2 товч дар. Хэрэв та F2 товчийг дахин дарвал энэ нь дараах горимуудад шилжих болно: resistance, continuity, diode, and capacitance. Та " resistance" горимыг сонгосон эсэхээ шалгаарай.
4. НЭМЭЛТ ФУНКЦ
5. ДИЖИТАЛ ОСЦИЛЛОСКОПЫГ ЦЭНЭГЛЭХ
Төхөөрөмжийг ашиглахад үргэлж бэлэн байлгахын тулд батарейн цэнэгийн түвшинг хянаж байгаарай.