[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Politechnika Lubelska
w Lublinie
Laboratorium
Ćw. nr 5
Nazwisko:
Imię:
Semestr
IV
Grupa
ED
Rok akademicki
Temat ćwiczeń:
Modelowanie pól płaskich na papierze elektroprzewodzącym i symulacja tych pól na komputerze
Data wykonania:
OCENA:
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z kształtem pól i ich właściwościami dla różnych kształtów przewodnika. Symulacja tych pól na komputerze i wyznaczanie różnych wielkości polowych.
Przyrządy użyte w ćwiczeniu:
n woltomierz typ V540;
n generator prądu stałego KB-60-01;
n pantograf wraz z sondą;
n papier elektroprzewodzący;
n amperomierz ( klasa 0,5; zakres 30mA; WSInż-EP-43-3/1466; 3403074.76 );
n komputer ( program QuickField; program Word95PL for Windows95 ).
Wykonanie ćwiczenia:
1. Modelowanie pól płaskich na papierze elektroprzewodzącym.
Uzyskane wykresy linii ekwipotencjalnych są narysowane na załączonych kartkach papieru kancelaryjnego.
Pomiary wykonano dla napięcia U=10V
Wartości prądu przy badaniu poszczególnych pól:
a) układ walców współosiowych I=27,5mAB;
b) układ walcowy ( metoda zadania odwrotnego ) I=3,5mA;
c) układ przewodnika o zmiennym przekroju I=2,35mA;
2. Wyznaczanie różnych wielkości polowych dla kabla koncentrycznego:
a) rozkład linii ekwipotencjalnych;
b) mapa i wektory natężenia pola elektrycznego;
c) punkty a) i b);
Rysunek do punktów a), b) i c)
d) sprawdzenie prawa Gaussa - całkowanie po powierzchni ( linie 1 i 2 );
powierzchnia wyznaczona przez linię1 Q1 = -1.6e-13 C
powierzchnia wyznaczona przez linię2 Q2 = 2.819e-10 C
Z wyników widać, że ładunek w powierzchni zamkniętej ( 2 ), w której znajduje się źródło pola jest trzy rzędy wielkości większy niż przez powierzchnię zamkniętą (1),
w której nie ma źródła pola. Dlatego możemy przyjąć, że ładunek 1 jest równy zero.
e) rozkład natężenia pola elektrycznego i potencjału wzdłuż promienia;
3. Pole przepływowe w układzie walcowym:
a) rozkład linii ekwipotencjalnych;
b) mapa i wektory natężenia pola elektrycznego;
c) punkty a) i b);
Rysunek do punktów a), b) i c)
d) mapa i obraz wektorów gęstości prądu
e) rozkład gęstości prądu wzdłuż promienia
f) sprawdzenie I prawa Kirchoffa - obliczanie całki po powierzchni 1.
I = -1.8415 A/m
g) wartość prądu płynącego pomiędzy elektrodami , całkując po powierzchni 2
I=3300A/m
Rozpatrują przypadki f i g możemy stwierdzić, że I prawo Kirchoffa jest spełnione, gdyż wartość prądu w przypadku f jest znacznie mniejsza od wartości w punkcie g
i wolno nam przyjąć jego wartość jako równą zero.
h) rezystancja przejścia na podstawie wartości prądu obliczonej w punkcie g i wartości napięcia między elektrodami U=10V
Ro= U/I = 10V / 3300A = 0,003 W
4. Wyznaczanie linii sił pola w układzie walcowym metodą zadania odwrotnego:
a) rozkład linii ekwipotencjalnych
W metodzie zadania odwrotnego linie ekwipotencjalne są prostopadłe w porównaniu do metody normalnej, a jednocześnie są równoległe do wektorów natężenia pola elektrycznego w tym przypadku. Natomiast wektory natężenia pola elektrycznego w metodzie odwrotnej są prostopadłe do wektorów wyznaczanych
w metodzie normalnej. Natomiast ich kierunki pokrywają się ze stycznymi linii ekwipotencjalnych z metody normalnej.
5. Pole przepływowe w przewodniku o zmiennym przekroju:
a) rozkład linii ekwipotencjalnych;
b) mapa i wektory natężenia pola elektrycznego;
c) punkty a) i b);
Rysunek do punktów a), b) i c)
d) mapa i obraz wektora gęstości prądu
e) rozkład wektora gęstości prądu wzdłuż
prostej 1
prostej 2
Wnioski:
W wykonanym ćwiczeniu dokonywaliśmy modelowania pól płaskich na papierze elektroprzewodzącym, a następnie dokonaliśmy komputerowej symulacji tych pól. Porównując wyniki z obu doświadczeń możemy zauważyć, że linie ekwipotencjalne wyznaczone podczas pomiarów z użyciem sondy i pantografu są niemal identyczne z liniami wyznaczonym na komputerze.
Korzystając z metody zadania odwrotnego dla układu walców współosiowych mogliśmy, korzystając tylko z linii ekwipotencjalnych ( które są do siebie wzajemnie prostopadłe ), wyznaczyć linie sił pola elektrycznego, które są prostopadłe do linii ekwipotencjalnych danego pola i pokrywały się z liniami ekwipotencjalnymi pola drugiego.
Podczas symulacji komputerowej mogliśmy też stwierdzić słuszność prawa Gaussa i I prawa Kirchhoffa. Otrzymane wyniki nie odzwierciedlały dokładnie tych praw, ale błąd był bardzo niewielki i z dość dużą dokładnością można było stwierdzić zgodność teorii z praktyką.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]