Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Chełmie

Laboratorium teorii pola elektromagnetycznego

Temat: Badanie pola elektromagnetycznego cewki cylindycznej

Wykonał:

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W CHEŁMIE INSTYTUT NAUK TECHNICZNYCH
Laboratorium teorii pola elektromagnetycznego
Imię i nazwisko:	Temat ćwiczenia: Badanie pola elektromagnetycznego cewki cylindycznej		Nr ćwiczenia: 2
Data: 11.12.2013	Grupa dziekańska: 1 A	Rok akademicki: 2013/2014	Ocena/Podpis:

Skalowanie sondy do pomiaru natężenia pola magnetycznego.

Długa cewka

Lp.	U	Us	I	P
	V	mV	A	W
1.	3	6.87	4.5	10
2.	3.4	7.50	5	11.5
3.	2.6	5.94	4	7.5

Stała sondy :

Cewka 1: l = 0.495 m z = 261 zw k = 0,99 Krótka cewka

Lp.	U	Us	I	P
	V	mV	A	W
1.	2.2	7.25	5	7
2.	2	6.48	4.5	5.5
3.	1.8	5.76	4	4

Cewka 2: l = 0,202 m z = 101 zw k = 0,95

Stała cewki dużej: k_s = 346 A/m.•mV

Stała cewki małej: k_s = 329A/m.•mV

Lp.	r	Us	H
	Cm	mV	A/m
Mała cewka
1.	-13	1.81	595.49
2.	-12	2.44	802.76
3.	-11	3.31	1088.99
4.	-10	4.26	1401.54
5.	-9	4.96	1631.84
6.	-8	5.46	1796.34
7.	-7	6.06	1993.74
8	-6	6.50	2138.5
9.	-5	6.61	2174.69
10.	-4	6.81	2240.49
11.	-3	6.84	2250.36
12.	-2	6.89	2266.81
13.	-1	6.95	2286.55
14.	0	7.03	2312.87
15.	1	6.95	2286.55
16.	2	6.89	2266.81
17.	3	6.84	2250.36
18.	4	6.81	2240.49
19.	5	6.61	2174.69
20.	6	6.50	2138.5
21.	7	6.06	1993.74
22.	8	5.46	1796.34
23.	9	4.96	1631.84
24.	10	4.26	1401.54
25.	11	3.31	1088.99
26.	12	2.44	802.76
27.	13	1.81	595.49

1.Pomiar rozkładu natężenia pola magnetycznego wzdłuż osi podłużnej cewki.

Duża cewka
Lp.	r	US	H
	cm	mV	A/m
1.	-22	4.42	1529.32
2.	-21	5.47	1892.62
3.	-20	6.18	2138.28
4.	-19	6.51	2252.46
5.	-18	6.70	2318.2
6.	-17	6.83	2363.18
7.	-16	6.85	2370.1
8.	-15	6.95	2404.7
9.	-14	7.02	2428.92
10.	-13	7.07	2446.22
11.	-12	7.14	2470.44
12.	-11	7.10	2456.6
13.	-10	7.16	2477.36
14.	-9	7.18	2484.28
15.	-8	7.19	2487.74
16.	-7	7.22	2498.12
17.	-6	7.26	2511.96
18.	-5	7.26	2511.96
19.	-4	7.24	2505.04
20.	-3	7.31	2529.26
21.	-2	7.27	2515.42
22.	-1	7.25	2508.5
23.	0	7.23	2501.58
24.	1	7.25	2508.5
25.	2	7.27	2515.42
26.	3	7.31	2529.26
27.	4	7.24	2505.04
28.	5	7.26	2511.96
29.	6	7.26	2511.96
30.	7	7.22	2498.12
31.	8	7.19	2487.74
32.	9	7.18	2484.28
33.	10	7.16	2477.36
34.	11	7.10	2456.6
35.	12	7.14	2470.44
36.	13	7.07	2446.22
37.	14	7.02	2428.92
38.	15	6.95	2404.7
39.	16	6.85	2370.1
40.	17	6.83	2363.18
41.	18	6.70	2318.2
42.	19	6.51	2252.46
43.	20	6.18	2138.28
44.	21	5.47	1892.62
45.	22	4.42	1529.32

Wykres zależności H=f(x) dla obu cewek:

2. Pomiar rozkładu natężenia pola magnetycznego wzdłuż osi poprzecznej cewki.

Cewka długa					Cewka krótka
x [cm]	y [cm]	Us [mV]	H [A/m]	x [cm]		y [cm]	Us [mV]	H [A/m]
0	0	7.23	2501.58	0		0	7.03	2312.87
	0,5	7.17	2480.82			0,5	7.13	2345.77
	1	6.99	2418.54			1	7.01	2306.29
	1,5	7.08	2449.68			1,5	7.05	2319.45
	2	7.06	2442.76			2	6.98	2296.42
22	0	4.42	1529.32	13		0	1.81	595.49
	0,5	3.87	1339.02			0,5	1.98	651.42
	1	3.82	1321.72			1	1.88	618.52
	1,5	3.82	1321.72			1,5	1.75	575.75
	2	3.78	1307.88			2	1.66	546.14

Wykres zależności H=f(y) dla obu badanych cewek:

3. Pomiar rozkładu strumienia wzdłuż osi podłużnej cewki.

W tym etapie ćwiczenia wykorzystane zostały sondy pomiarowe o następującej liczbie zwojów :

1 sondy zewnętrznej zs=14zw

2 sondy wewnętrznej zs=900zw

Schemat cewki z sondami pomiarowymi:

Tabele z pomiarami:

1. Cewka długa

Lp.	x	E wew.	E zew.	ɸwew.	ɸzew.
-	cm	V	V	Wb	Wb
1.	-24	0.217	36.89	0,001086	0,03246
2.	-23	0.291	42.67	0,001456	0,03689
3.	-22	0.371	45.83	0,001887	0,04267
4.	-21	0.522	47.76	0,002613	0,04583
5.	-20	0.837	50.15	0,004189	0,04776
6.	-19	1.055	51.38	0,005285	0,05015
7.	-18	1.189	52.81	0,005951	0,05138
8.	-17	1.124	53.38	0,005676	0,05281
9.	-16	1.277	54.46	0,006391	0,05338
10.	-15	1.322	54.89	0,006617	0,05446
11.	-14	1.352	55.18	0,006767	0,05489
12.	-13	1.354	55.65	0,006777	0,05518
13.	-12	1.376	56.05	0,006787	0,05565
14.	-11	1.356	55.89	0,006787	0,05605
15.	-10	1.361	56.14	0,006812	0,05589
16.	-9	1.374	56.04	0,006877	0,05614
17.	-8	1.377	56.01	0,006892	0,05604
18.	-7	1.386	55.36	0,006937	0,05601
19.	-6	1.391	55.74	0,006962	0,05536
20.	-5	1.394	55.68	0,006977	0,05574
21.	-4	1.398	55.57	0,006997	0,05568
22.	-3	1.408	55.57	0,007047	0,05557
23.	-2	1.410	55.49	0,007057	0,05549
24.	-1	1.412	55.36	0,007067	0,05536
25.	0	1.406	55.39	0,007037	0,05539
26.	1	1.412	55.36	0,007067	0,05536
27.	2	1.410	55.49	0,007057	0,05549
28.	3	1.408	55.57	0,007047	0,05557
29.	4	1.398	55.57	0,006997	0,05568
30.	5	1.394	55.68	0,006977	0,05574
31.	6	1.391	55.74	0,006962	0,05536
32.	7	1.386	55.36	0,006937	0,05601
33.	8	1.377	56.01	0,006892	0,05604
34.	9	1.374	56.04	0,006877	0,05614
35.	10	1.361	56.14	0,006812	0,05589
36.	11	1.356	55.89	0,006787	0,05605
37.	12	1.376	56.05	0,006787	0,05565
38.	13	1.354	55.65	0,006777	0,05518
39.	14	1.352	55.18	0,006767	0,05489
40.	15	1.322	54.89	0,006617	0,05446
41.	16	1.277	54.46	0,006391	0,05338
42.	17	1.124	53.38	0,005676	0,05281
43.	18	1.189	52.81	0,005951	0,05138
44.	19	1.055	51.38	0,005285	0,05015
45.	20	0.837	50.15	0,004189	0,04776
46.	21	0.522	47.76	0,002613	0,04583
47.	22	0.371	45.83	0,001887	0,04267
48.	23	0.291	42.67	0,001456	0,03689
49.	24	0.217	36.89	0,001086	0,03246

2. Cewka krótka

Lp.	X	E wew.	ɸwew.
	cm	V	Wb
1.	-14	0.156	0,0007808
2.	-13	0.200	0,0011011
3.	-12	0.301	0,0015065
4.	-11	0.462	0,0023123
5.	-10	0.608	0,003043
6.	-9	0.776	0,0038839
7.	-8	1.026	0,0051351
8.	-7	1.140	0,0057057
9.	-6	1.209	0,0060511
10.	-5	1.261	0,0063113
11.	-4	1.303	0,0065215
12.	-3	1.327	0,0066416
13.	-2	1.334	0,0066767
14.	-1	1.345	0,0067317
15.	0	1.350	0,0067568
16.	1	1.345	0,0067317
17.	2	1.334	0,0066767
18.	3	1.327	0,0066416
19.	4	1.303	0,0065215
20.	5	1.261	0,0063113
21.	6	1.209	0,0060511
22.	7	1.140	0,0057057
23.	8	1.026	0,0051351
24.	9	0.776	0,0038839
25.	10	0.608	0,003043
26.	11	0.462	0,0023123
27.	12	0.301	0,0015065
28.	13	0.200	0,0011011
29.	14	0.156	0,0007808

Strumień obliczamy z następującego wzoru:

Wykres zależności =f(x) dla sondy zewnętrznej i wewnętrznej (cewka długa)

Rozkład strumienia wzdłuż osi podłużnej cewki długiej

Wykres zależności =f(x) dla sondy wewnętrznej (cewka krótka)

Rozkład strumienia wzdłuż osi poprzecznej cewki krótkiej

4. Pomiar indukcyjności cewki.

Przy określonej, stałej wartości prądu wykonujemy pomiary prądu , napięcia i mocy w celu wyznaczenia indukcyjności obu cewek. Schemat pomiarowy wygląda następująco:

Dla cewki długiej otrzymaliśmy następujące wartości:

I=4,5A; U=3V, P=9,83 W

Dla cewki drugiej otrzymaliśmy następujące wartości:

I=4,5A; U=2V, P=5,83 W.

Ze wzoru:

Wykresy wskazowe dla obu cewek:

1. dla cewki pierwszej: b) dla cewki drugiej:

5. Wykonanie bilansu napięć magnetycznych.

Na podstawie wyników pomiarów uzyskanych dla dłuższej z cewek obliczamy napięcia magnetyczne ze wzoru:

1. napięcie magnetyczne wewnętrzne:

Wykres służący do obliczenia napięcia magnetycznego

2. Napięcie magnetyczne zewnętrzne:

3. Napięcie magnetyczne wewnętrzne obliczone inną metodą:

6. Badanie rozkładu natężenia pola magnetycznego w cewce wąskiej.

Lp.	X	Iz	H
	cm	uA	mA/m
1.	0	5.30	2.32
2.	1	4.94	2.16
3.	2	4.29	1.88
4.	3	3.46	1.51
5.	4	2.78	1.21
6.	5	2.11	0.92
7.	6	1.56	0.68
8.	7	1.26	0.55
9.	8	1.01	0.44
10.	9	0.78	0.34
11.	10	0.62	0.27
12	11	0.51	0.22
13.	12	0.41	0.17
14.	13	0.34	0.14
15.	14	0.30	0.13
16.	15	0.26	0.11

3,57mA/m

Zależność natężenia pola od odległości od cewki:

Wnioski:

1. Rozkład natężenia pola wzdłuż osi podłużnej jest bardziej ustalony dla cewki dłuższej.

2. Rozkład natężenia pola wzdłuż osi poprzecznej zmienia się nieznacznie, zależny jest od średnicy.

3. Rozkład strumienia wzdłuż osi podłużnej dla cewki dłuższej na większej długości zachowuje stałą wartość, niż ma to miejsce w cewce krótszej.

4. Indukcyjność cewki ma wartość stałą dla danej cewki i zależy od jej wymiarów geometrycznych oraz od środowiska w którym się znajduje.