Г С Воробйова - Теорія електромагнітного поля та основи техніки нвч - страница 51

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56 

 

Отже, в ізотропному середовищі лінії струму перети­нають поверхні рівного потенціалу під прямим кутом. Знаючи конфігурацію еквіпотенціальних поверхонь у про­віднику, можна побудувати перпендикулярні лінії струму.

Простір, у якому існує постійний струм, можна розді­лити на трубки однакового струму, обмежені лініями стру­му. При цьому кількість усіх трубок буде пропорційна за­гальному струму. При побудові трубок рівного струму ко­ристуються графоаналітичним методом розрахунків [1, 50], ураховуючи те, що матеріал провідника однорідний та ізотропний.

 

1.2 Опис лабораторної установки і порядок виконання роботи

Для виконання роботи складається схема, яка наведена на рис. Б2.

Металевий аркуш спеціальної форми (рис. Б2) через міліамперметр і опір включається в ланцюг регульованого джерела постійного струму. Для зручності побудови екві­потенціальних ліній на поверхні аркуша поміщена коорди­натна сітка.Експериментальне визначення еквіпотенціальних ліній здійснюється за допомогою металевого щупа K, з'єднано­го гнучким ізольованим дротом з одним із затискачів галь­ванометра. Інший затискач гальванометра підключається до точки аркуша C ". При постійній товщині аркуша поле в ньому буде плоскопаралельним.
+ n U


с


к

 

 

 

 

 

 

 

 

R,


 

 

 

 

 

 

 

Рисунок Б2 - Електрична схема досліду

 

Якщо жало щупа вести по поверхні аркуша так, щоб відхилення покажчика гальванометра залишалося незмін­ним, то опишеться одна із еквіпотенціальних ліній. У міру переміщення щупа окремі точки кожної лінії рівного по­тенціалу переносяться на міліметровий папір або вводяться у комп'ютер, де заздалегідь повинен бути накреслений до­сліджуваний аркуш у масштабі 1:1.

1 Зняття ліній рівного потенціалу. Підтримуючи струм у ланцюзі незмінним, можна зняти лінії рівного по­тенціалу. При цьому різниця потенціалів між двома сусід­німи лініями повинна бути постійною, що відповідає по­стійному значенню спадання напруги, яка фіксується по відхиленню покажчика гальванометра. Побудову доцільно починати від середньої лінії CC " в напрямку до лінії AA " або BB" (див. рис. Б2). Кількість ліній рівного потенціалу вибирається довільно так, щоб вийшла досить густа сітка, утворена лініями рівного потенціалу і лініями струму. Ре­комендується на ділянці аркуша від лінії CC " до лінії BB" взяти 10-12 ліній рівного потенціалу.

При виконанні досліду необхідно дотримуватися тако­го правила: щупом не можна торкатися точок аркуша, які виходять за межі координатної сітки, тобто далі від лінії AA" або BB", оскільки у цьому випадку на затискачах гальванометра виявиться значна напруга і гальванометр може вийти з ладу.

2   Побудова трубок рівного струму. По експеримен­тальних еквіпотенціальних лініях, отриманих із досліду, на кресленні будується задана кількість трубок рівного стру­му. Для двох шарів, зазначених керівником, розраховують­ся границі трубок рівного струму. Усі розрахункові дані зводяться в таблицю. За даними таблиці для кожного шару будуються криві розподілу струму вздовж шару. На ділян­ці аркуша CC - BB" одержуємо лінії, які утворюють групи трубок рівного струму.

3   За картиною поля визначають числові значення гус­тини струму 8 і напруженості електричного поля E в об­ластях двох довільних точок аркуша, зазначених виклада­чем.

 

1.3 Зміст звіту

Звіт повинен містити:

1)   мету роботи;

2)   електричну схему досліду;картину електричного поля в аркуші, накреслену на міліметровому папері або на комп'ютері;

3)   криві розподілу струму в аркуші;

4)   розрахунки густини струму 8 і напруженості поля E в заданих точках.

 

1.4 Запитання, які виносяться на захист лабораторної роботи:

1  Яка мета виконання даної роботи?

2  У чому полягає відмінність потенційного і вихрового полів?

3  Який вигляд має система рівнянь електричного поля постійного струму в провідному середовищі за відсутності і наявності сторонніх е.р.с.?

4  Що називається потенціалом j електричного поля і різницею потенціалів?

5  Які граничні умови електричного поля постійного струму в провідному середовищі?

6  Яка методика побудови трубок рівного струму і си­лових ліній за результатами експерименту?

У чому полягає графоаналітичний метод розрахунків і побудови трубок рівного струму?Лабораторна робота 2 Моделювання електричного поля дводротової лінії

 

Мета роботи - вивчити електричне поле дводротової лінії методом моделювання плоскопаралельних полів по­лем струму в провідному середовищі.

 

2.1 Пояснення до роботи

Моделювання потенційних полів застосовується в тих випадках, коли аналітичні розрахунки провести складно, а безпосереднє експериментальне дослідження об'єкта не­можливе. Використовуючи властивість аналогії, потенцій­ні поля моделюють при напругах більш низьких, ніж на­пруга в об'єктах. Розміри моделі і об'єкта також можуть масштабно різнитися.

Можливість моделювання ґрунтується на аналогії поля в діелектрику і поля в провідному середовищі, якщо в роз­глянутій області в діелектрику відсутні вільні заряди ( р =0), а в провідному середовищі - сторонні е.р.с. Зістав­лення рівнянь і параметрів матеріальних середовищ для електричного поля в діелектрику і у провідному середови­щі для перелічених вище умов наводиться в табл. 2.1 (див. п. 2.12).

Із табл. 2.1 випливає, що обидва поля задовольняють рівняння Лапласа V2 j = 0 і у них виконуються тотожні граничні умови для подібних величин. Тоді при однаковій формі граничних поверхонь на підставі теореми одинично­сті розв'язку (див. п. 1.16) сукупність силових і еквіпотен­ціальних ліній у цих двох полях буде однаковою.

В окремому випадку для дводротової лінії можна вва­жати, що її проводи мають нескінченно велику провідність і поміщені в необмежене за розмірами провідне середови­ще з кінцевою питомою провідністю g. Тоді спаданням напруги на електродах можна знехтувати і вважати їхніповерхні еквіпотенціальними, а картину поля струму в провідному середовищі - такою, що збігається з картиною електростатичного поля в діелектрику, який оточує два не­скінченно довгі паралельні різнойменно заряджені ци­ліндричні проводи. При цьому лініями струму в провідно­му середовищі є кола, які проходять через електричні осі електродів, а лініями рівного потенціалу - сімейство екс­центричних кіл із центрами на прямій, яка проходить через осі електродів.

Для дослідження такої системи досить із усього про­відного середовища вирізати частину, обмежену з усіх бо­ків лініями струму. Тому в даній роботі використовується круглий плоский металевий аркуш, плоскі поверхні якого відповідають двом площинам, перпендикулярним до не­скінченно довгих електродів. Бічна циліндрична поверхня аркуша відповідає циліндричній поверхні, утвореній в електростатичному полі паралельних проводів силовими лініями того ж радіуса. Розрахунки поля дводротової лінії докладно викладені в прикладі 2.5 (див. п. 2.7).

 

2.2 Опис лабораторної установки і порядок виконання роботи [50]

Схема установки наведена на рисунку Б3.

Установка складається із круглого плоского металево­го аркуша з координатною сіткою, джерела живлення по­стійного струму, вимірювальних приладів і сполучних дро­тів. Струмоввідні затискачі розміщені на пластині парами (N1 і N/, N2 і N2\ N3 і N3) симетрично стосовно серед­ньої діаметральної лінії AP . До пари затискачів підходить постійна напруга U і через аркуш пропускається постій­ний струм. Під час проведення вимірів струм підтримуєть­ся незмінним.1 Зняття експериментальної картини еквіпотенціа-лей. Експериментальна картина еквіпотенціалей знімається за допомогою металевого щупа, з'єднаного із гальваномет­ром, за яким здійснюється контроль рівності потенціалів при переході від точки до точки. Точки рівного потенціалу переносяться на міліметровий папір або вводяться у ком­п'ютер, де заздалегідь накреслений досліджуваний аркуш у відповідному масштабі. Лінія AP вважається лінією ну­льового потенціалу. Наступною наноситься лінія, яка при­лягає до струмопровідного електрода. Різниця потенціалів між середньою і крайньою лініями ділиться на n рівних частин і далі знімаються інші лінії рівного потенціалу, які лежать між ними так, щоб різниця потенціалів між сусід­німи лініями була незмінною (рівні показання гальваноме­тра). З'єднуючи еквіпотенціальні точки, одержують лінії рівного потенціалу (рис. Б4).

2 Побудова теоретичних еквіпотенціальних ліній і по­рівняння їх із експериментом. На експериментально отри­ману картину еквіпотенціальних ліній (рис. Б4) наносяться лінії теоретичних еквіпотенціалей, які являють собою сі­мейство кіл, радіуси і центри яких визначаються за мето­дикою, викладеною в прикладі 2.5 (див. п. 2.7).

 

Рисунок Б4 - Картина плоскопаралельного поля дво-дротової лінії

 

За початок відліку вибирається середня лінія AP . Інші лінії рівного потенціалу jn повинні проходити через точку

перетинання еквіпотенціалей із прямою N2 N2" (див. рис. Б4).

Шляхом порівняння теорії із експериментом визнача­ють похибку моделювання.3 Розрахунки ємності дводротової лінії. За формулою (2.33) (див. приклад 2.5) для заданих ea розраховують до­сліджені і теоретичні значення ємностей системи.

 

2.3 Зміст звіту

Звіт повинен містити:

1)   мету роботи;

2)   електричну схему досліду;

3)   картину електричного поля із зображенням експе­риментальних і розрахункових ліній рівного потенціалу, а також силових ліній;

4)   розрахунки ємності C дводротової лінії за моделлю і теоретичною формулою;

5)   порівняльний аналіз теоретичних розрахунків і роз­рахунків за отриманими даними.

 

2.4 Запитання, які виносяться на захист лабораторної
роботи:

1  Яка мета виконання даної роботи?

2  У чому полягає аналогія електричних полів у діелек­трику і провідному середовищі? Наведіть приклади систем рівнянь цих полів.

3  Що називається напруженістю електричного поля E, потенціалом j, різницею потенціалів, ємністю C ?

4  Чому при дослідженні електричного поля д дводро-тової лінії у роботі використаний плоский круглий аркуш?

5  Яка методика виведення формул для визначення єм­ності C і напруженості електричного поля E дводротової лінії?

6  Яким чином визначається ємність C системи через провідність G ?

У чому полягає методика аналізу потенційних полів за допомогою графічного методу?Лабораторна робота 3 Визначення основних влас­тивостей змінного електромагнітного поля

 

Мета роботи - експериментальне дослідження основ­них характеристик плоскої електромагнітної хвилі і ви­промінюючих систем типу рупорної антени.

3.1  Пояснення до роботи

Основні властивості і характеристики електромагніт­них хвиль на прикладі плоскої хвилі, наведені в п. 3.2.

Випромінювання і приймання електромагнітних хвиль можна забезпечити за допомогою спеціальних пристроїв, які називаються антенами (див. п. 4.6). У даній лаборатор­ній роботі для вивчення і приймання електромагнітних хвиль використовуються рупорні антени, які описані в

п. 4.6.2.

3.2  Опис лабораторної установки і порядок виконання роботи [51]

Лабораторна установка (рис. Б5) складається із генера­тора НВЧ 1, який через хвилевід збуджує пірамідальний рупор 2. Рупорна антена може обертатися навколо верти­кальної і горизонтальної осі і фіксуватися під потрібним кутом. Приймач електромагнітних хвиль 3 складається із аналогічної рупорної антени, навантаженої на узгоджену детекторну головку 4 і під'єднану до індикатора 5.

 

2                  3 4

ГП—и—>—її—^н»—И

 

Рисунок Б5 - Схема лабораторної установкиНеобхідне для роботи положення приймальної антени досягається так само, як і для передавальної. Передавальна і приймальна антени встановлені на спрямовуючих штан­гах, які забезпечують їх переміщення уздовж поздовжньої осі.

Передавач і приймач мають градусні шкали, за допо­могою яких можна вимірювати кути повороту антени в го­ризонтальній і вертикальній площинах. Крім того, у ком­плект лабораторної установки входять приймач із диполь­ною антеною, металеві і діелектричні аркуші, поляриза­ційні решітки і лінза плосковипуклої форми.

1 Визначення довжини хвилі випромінювання і коефіці­єнта стоячої хвилі. Довжина хвилі визначається виміром відстані між максимумами і мінімумами в системі стоячих або частково стоячих хвиль. Одержати стоячі хвилі можна, відбивши електромагнітну хвилю від металевої площини.

Тому для одержання стоячих хвиль у лабораторній ро-

боті на шляху їх поширення ставиться гладка металева

пластина. Пластина встановлюється нормально до осі ви­промінювача в його далекій зоні на відстані, обумовленій співвідношеннямz > —


(Б1)де am - максимальний розмір випромінювача;

l - довжина хвилі коливань.

Ступінь відбиття хвилі визначається коефіцієнтом сто­ячої хвилі (КСХ):
(Б2)дЄ Emax , Emm , Pmax , Pmm - відповідно максимальні і міні­мальні значення напруженості E або потужності P ви­промінювання (рис. Б6).
Рисунок Б6 - Частково стояча хвиля

 

В області відкривання передавального рупора встанов­люється плосковипукла лінза таким чином, щоб вона трансформувала сферичний фронт хвилі в плоский фронт, а в області пластини, яка відбиває хвилю, встановлюється диполь, який під під'єднується до індикатора.

Шляхом обертання диполя навколо вертикальної осі необхідно настроїтися на максимальне показання індика­тора і зафіксувати його положення. Переміщуючи диполь уздовж осі випромінювача від пластини до випромінювача, визначається розподіл потужності випромінювання P = f (z) . Координата z відлічується від початкового по­ложення диполя. Переміщати диполь необхідно на від­стань до 101. Близько до випромінювача проводити вимі­ри не рекомендується.

На підставі експериментальних даних будується графік зміни потужності P = f (z) , якісна картина якого наведена

на рис. Б6. Цей графік ілюструє інтерференцію двох хвиль - прямої і відбитої.

Довжину хвилі можна визначити зі співвідношення

1 = 2 Al, (Б3)де Al - відстань між двома сусідніми максимумами або мінімумами сигналу детектора (див. рис. Б6).

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56 


Похожие статьи

Г С Воробйова - Теорія електромагнітного поля та основи техніки нвч