Bu mesele örän gyzykly aşhana fizikasy, induksion peç bilen baglanyşyklydyr. Şeýle enjam esasan tegekden ybaratdyr, bu tegek üýtgeýän tok bilen işledilip, tok hem öz üstündäki metal gazany gyzdyrýar. Bu ojakly ýa-da gazly usullaryň deregine häzirki zaman nahar bişirmek usulydyr we birnäçe artykmaçlyklary bardyr: has howpsuz bişirmek (ot ýa-da ýanyjy gaz ýok), arassa gap-gaç (gara ýanyksyz), çalt bişirmek we daşky gurşaw üçin has peýdaly (dikeldilýän elektrik energiýasy bilen işleýär). Bu tejribede biz induksion pejiniň esasyndaky gyzykly fizikany öwreneris.
Tejribe üç bölekden ybarat. Ilki bilen, biz tegeguň induktiwligini ($L$) we içki garşylygyny ($R_L$) ölçäris. Ikinjiden, induksion pejiň işlemegi üçin möhüm bolan metallaryň içindäki skin-effect hadysalary öwreneris. Üçünjiden, dürli metal gazanlaryň udel ýylylyk sygymyny ($c$) we olaryň effektiw garşylygyny ($R_{\mathrm{LOAD}}$ ) kesgitläris.
Ululyklar Belgilenişi San bahasy Stefan-Bolsmanyň hemişeligi $\sigma_s$ $5.670\times10^{-8}\:{\rm W\:m^{-2}K^{-4}}$ Wakuumyň magnit syzyjylygy $\mu$ $4\pi\times10^{-7}\: {\rm H/m}$ Alýuminiň dykyzlygy $\rho_{\textrm{Al}}$ $2700 \, \mathrm{kg/m^3}$ SS410-yň dykyzlygy $\rho_{\textrm{SS410}}$ $7700 \, \mathrm{kg/m^3}$ Alýuminiň şöhlelendirijiligi $e_{\textrm{Al}}$ 0.65 SS410-yň şöhlelendirijiligi $e_{\textrm{SS410}}$ 0.8
BELLIK:
Induksion peçde ilkinji esasy komponent, tegekdir. Bu eksperimentde 1-nji tegegiň (ýokarky tegek) öz-özünden induksiýa koeffisientini ($L$) ölçäris, 3-nji suratda görkezilişi ýaly. Bu tegek $R_L$ içki garşylygy bilen yzygiderli birikdirilen $L$ induktiwlikli ideal tegek hökmünde seredilip biliner.
Biz $R_1$ sary metal rezistordan, tegek#1-den we kondensatordan ybarat bolan RLC zynjyryny ulanarys. Dört dürli kondensator bar. Ýükiň impedansynyň üýtgemegi sebäpli ýygylygy üýtgedeniňizde, Üýtgeýän tok generatorynyň (FG) çykyş naprýaženiýesiniň üýtgäp biljekdigini ýadyňyzdan çykarmaň.
Zynjyryň umumy garşylygyna ($R_{\mathrm{TOT}}$) goşant goşýan, ähli simler zerarly ýüze çykýan ($R_C$) garşylygy hasaba almaly. $R_C$-ni kesgitläň.
BELLIK:
A. Özara induksiýa
#2 eksperiment metal plastinalary ulanmazdan iki sany tegek bilen geçirilýär (4 surata seret). Faradeýiň kanunyna görä, bir tegekde tok güýjüniň üýtgemegi ikinji tegegiň uçlarynda naprýaženiýe döredýär. Bu tegekleriň M özara induksiýa koeffisiýentlerini kesgitlemek talap edilýär.
B. Skin effekt eksperimenti
“Skin effekt” düşünjesi induksion peçde möhüm rol oýnaýar. “Skin effekt” üýtgeýän toguň (AC) döredýän elektromagnit meýdanynyň metallara aralaşmagynyň çuňlugyny häsiýetlendirýär. Bu eksperimentde, nahar bişirmek üçin piti hökmünde ulanylyp boljak dürli metallaryň Skin effektini (Skin çuňlugyny) öwreneris. Onuň ýygylygyna baglylygyny öwreneris we metallaryň elektrik geçirijiligini ($\sigma$ ) ölçeris.
Esasy tegek hökmünde #1 tegegi, ikinji tegek hökmünde #2 tegegi ýerleşdirdik. Metalyň umumy galyňlygynyň ($\sim 3 \, \mathrm{mm}$) tegekleriň aralygy bilen deňeşdirilende ($15 \, \mathrm{mm}$ ) kiçi bolanlygy üçin, ikinji tegegiň golaýyndaky magnit meýdany takmynan hemişelik diýip kabul edip bileris ( Eger metal ýok bolsa).
Makswelliň deňlemelerine eýerip, yrgyldadýan elektrik ýa-da magnit meýdany bir geçirijä aralaşanda, geçirijiniň içindäki meýdan $z$ aralyga baglylykda eksponensial azalýar:
$$B(z)= B_0\: e^{-z/\delta}\:\cos (\omega t - z/\delta + \phi)$$
bu ýerde $B_0$ geçirijä girmezden ozal magnit meýdanyň amplitudasy, $\delta$ “skin gatlagyň çuňlugy” we $\phi$ fazadyr. Bellik: bu eksperimentde faza faktoryna $(-z/\delta+\phi)$ üns bermeýäris.
Geçirijide skin gatlagyň çuňlugy aşakdaky ýaly berilýär:
$$\delta = \sqrt{\frac{\sigma^m f^n}{\pi \mu}}$$
bu ýerde $\sigma$ elektrik geçirijiligi,$f$ ýygylyk, $\mu = \mu_r \times \mu_0$ magnit syzyjylyk, $m$ we $n$ bitin san we bu eksperimentde kesgitlenmeli dereje görkezijileridir.
Dört metal boýunça eksperiment geçireris: (1) Alýumin, (2) Mis, (3) Poslamaýan polat “SS304” we (4) Poslamaýan polat “SS410”. Metallary tegekleriň arasyna salmak bilen, ikinji tegekdäki naprýaženiýe, metaldaky köwlenme toklarynyň "goragy" zerarly azalar.
Bellik: Ilki bilen, ikinji tegekde naprýaženiýäniň düýpli üýtgemeginiň degişli ýygylyk diapazonyny kesgitläň.
Ölçeg usulyny teklip ediň we n kesgitlemek maksady bilen her metal üçin eksperiment geçiriň ( jogaby bitin sana çenli tegelekläň). Gerekli deňlemeleri ýazyň. Aralyk hasaplamalar üçin grafikleri düzmek hökman däl. Ölçeg bahalaryny (datalaryny) beriň we n we σ bahalaryny almak üçin iň soňky grafikleri düzüň.
Skin-gatlagynyň çuňlugy sebäpli ölçeg netijeleri pes bolan bir metaly kesgitläň. 2.5 we 2.6 punktlarda saýlanan metal üçin maglumatlary gaýtadan işlemegiň zerurlygy ýok.
Bellik:
Bu eksperimentde alýuminiý plastina we SS410 poslamaýan polat öwrenilýär. Alýuminiý plastinany alyň (enjamlaryň sanawynda 11-nji) we ony platformanyň üstüne berkidiň. Soňra 5-nji suratdaky ýaly edip beýlesine öwüriň. Olaryň arasynda ýylylyk geçirijilik arkaly ýylylyk geçmezligi üçin "plastinadan" gowy bölünen #2 tegegi ulanarsyňyz.
Gurluşy gara gutynyň içine goýuň (#8), şonuň üçin konweksiýa ýitgisi hasaba alardan az bolar. Metal "plastina" plastmassa platformada (termal izolýator) oturandygy üçin, ýylylyk geçirijilik sebäpli ýylylyk ýitgisini hem kabul etmeýäris. Şeýlelik bilen, ýeke-täk ýylylyk ýitgisi daş-töweregindäki radiasiýa (şöhlelenme) sebäpli bolýar. $T$ temperaturaly jisimiň şöhlelenme kuwwaty şu görnüşinde berilýär:
$$P_{RAD}=e A \sigma_S T^4$$
bu ýerde $e$ şöhlelendirijilik, $\sigma_S$ Stefan-Bolsmanyň hemişeligi we A şöhlelenýän ýeriň üst meýdanydyr.
NTC termistorynyň (berkidilen) garşylygyny ölçemek bilen metal “plastinanyň” temperaturasyny ölçäp bileris:
$$R_{NTC}=R_0\:\exp{[B(1/T-1/T_0)]}$$
bu ýerde $R_0 = 10 \, \mathrm{k}\Omega$ göräli $T_0 = 298 \, \mathrm{K}$ temperaturada nominal garşylykdyr ,$B = 3950 \, \mathrm{K}$ hemişelikdir we $T$ termistoryň temperaturasydyr (K-da).
6-njy suratda görkezilişi ýaly, Soňynda, metal “plastinanyň” gyzdyrylmagyny zynjyra bir “ýük garşylygy” $R_{\mathrm{LOAD}}$ birikdirýän ýaly modelläp bileris. Başgaça aýdanymyzda tegek we metal plastina sistemasyny, tegegiň induktiwligi $L$, tegegiň garşylygy$R_L$ we “ýük garşylygy”$R_{\mathrm{LOAD}}$ hökmünde modellendirilip bilner .
Teklip: Tegegiň durnukly kuwwaty bermegi we ýylylygyň birmeňzeş paýlanmagyny üpjün etmek üçin kuwwat ulanylandan takmynan 30 sekunt soň ölçegleri ýerine ýetiriň.
D.1. ÜÝTGEÝÄN TOK GENERATOR GUTUSY
Komponentler:
D.2. SANLY OSKILOSKOP
1. PANEL AÇAR FUNKSIÝALARY
Bu düwmeler sazlamalarda ugrukdyrmaga, funksiýalary saýlamaga we ölçegleri sazlamaga mümkinçilik berýär.
2. OSCILLOKOPE ÖSÜŞ MODULY :
Osiloskop re modeiminde enjam diňe naprýa .eniýäni ölçäp, tolkun funksiýasyny wagtyň funksiýasy hökmünde görkezýär. Bu re modeim gaty ýokary ýygylyk bilen naprýatageeniýe signalyny ölçäp biler$1 \, \mathrm{MHz}$ .
3. MULTIMETERIŇ REŽIMI: Multimetr režiminde enjam garşylygy we naprýaženiýäni ölçemek üçin ulanylyp bilner. ACüýtgeýän naprýaženiýesini ölçemek režiminde 4 sany möhüm san bilen netijäni berýär, ýöne ýygylygy 40 Hz-dan 1 kHz-a aralykda işläp bilýär.
4. GOŞMAÇA FUNKSIÝALAR:
5. DIGITAL OSCILLOSCOPE ZYARANMAK
Enjamyň elmydama ulanmaga taýýardygyny üpjün etmek üçin batareýanyň derejesini yzarlaň.