Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
- получение представление о значении современной экологии, ее роли в формировании гармоничных отношений между природой и обществом, глобальных проблем...полностью>>
'Программа'
Отбор кандидатов фото-конкурса, а так же конкурса творческих проектов «Перфоманс» проводится по видео, фото-материалам, а так же заявкам, присылаемым ...полностью>>
'Документ'
В связи с введение Единого государственного экзамена, возникает необходимость в подготовке учащихся старших классов к выполнению тестовых заданий. Кон...полностью>>
'Руководство по эксплуатации'
1.1.1 Клипсатор пневматический односкрепочный КК(КПУ; К75) предназначен для запечатывания различных наполнителей в полимерные пакеты, сетки и рукавные...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

Цель работы: определение магнитных полей, создаваемых вдоль оси длинной и короткой катушек.

Теория

Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами. Если поместить прямолинейный проводник длиной ι в однородное магнитное поле перпендикулярно к силовым линиям и пропустить по этому проводнику ток I, на проводник будет действовать сила , направление которой перпендикулярно к проводнику и силовым линиям. Направление этой силы определяется правилом левой руки. Величина В, измеряемая отношением силы F к длине проводника l и к току в нем I, является постоянной для данного магнитного поля и называется магнитной индукцией этого поля:

.(1)

Магнитная индукция поля – величина векторная. Она направлена по касательной к силовой магнитной линии в каждой точке поля. Если проводник расположен не перпендикулярно к силовым линиям поля, то есть между ними и направлением тока, угол не равен 900, то

(2),

где β – угол между направлением тока и вектором B.

Магнитная индукция численно равна силе, действующей на единицу длины проводника, помещенного в магнитное поле перпендикулярно к силовым линиям, если по проводнику течет ток, равный единице.

В системе СИ за единицу магнитной индукции принимается 1 Тл (Тесла); это индукция такого поля, в котором на проводник длиной 1 м, расположенный перпендикулярно к силовым линиям, действует сила 1Н, если по проводнику течет в 1А.

Из формулы магнитной индукции следует, что на проводник длиной ι с током I, помещенный в магнитное поле, индукция которого B, действует сила

(3)

Потоком магнитной индукции Ф или просто магнитным потоком через площадку S называется физическая величина, измеряемая произведением индукции B однородного магнитного поля на площадь S плоской площадки, перпендикулярной к вектору . Если площадка S не перпендикулярна к силовым линиям, то

(4),

где γ – угол между направлением вектора B и нормалью к площадке S.

Магнитное поле, создаваемое электрическим током, характеризуется величиной, называемой напряженностью магнитного поля. Напряженность магнитного поля внутри тороидальной катушки, а так же внутри цилиндрической катушки (соленоида), длина которой значительно больше ее диаметра, определяется по формуле

(4),

, где I – ток в катушке в амперах; n- число витков обмотки, приходящихся на единицу длины катушки (на 1 м); H- напряженность магнитного поля в А/м.

Примерная картина магнитного поля на оси короткой и длинной ка­тушек приведена на рис.1.

Рис.1.

Значение магнитной индукции на оси катушки рассчитывается по формуле

(5)

где I – ток, протекающий по катушке, N – число витков катушки, l – длина катушки, м; A; α1 и α2 – углы между направлением оси x и радиус – векторами, проведенными из точки на оси к краям катушки, рад; x- координата точки на оси катушки, в которой определяется величина магнитной индукции (рис.), м; RK –радиус катушки, м.

Если выполняется соотношение 2RK<< l (такую катушку называют соленоидом), то в точке с координатой х = 1/2 (торец) α1 = π/2 и α2≈ π, а в центре соленоида (х = 0) а≈0 и а2 ≈π . В этом случае для расчёта величи­ны магнитной индукции на оси соленоида в центре Bц и в торце Bт из (4.1) получим

(6)

(7)

где Nc - число витков соленоида; n=Nc/lчисло витков на единицу длины соленоида, м-1 .

Если выполняется соотношение и , то с учётом того, что

α21 +∆α; cos∆α≈1 и sin∆α≈∆α, получаем

(8)

Из геометрических построений на рис. 1. следует:

; (9)

Таким образом, подставив (8) в (5), с учётом (9) получим фор­мулу для магнитной индукции на оси катушки

(10),

где NK - число витков короткой катушки.

Принципиальная схема установки приведена на рис.2. Установка состоит из лабораторного модуля 1, амперметра 2, милливольтметра 3 и выносного элемента 4. В качестве измерительных приборов используются мул ьтиметры.

Выносной элемент включает в себя соосно смонтированные на под­ставке катушки: длинную 5 и короткую 6. В процессе работы они могут быть поочерёдно присоединены к лабораторному модулю. Модуль служит для обеспечения электропитания выносного элемента. На панели модуля изображена принципиальная электрическая схема, а также установлены гнёзда 11 для штекеров короткой и длинной катушек. На катушки подаётся переменное напряжение частотой v = 50 Гц. Для регулирования силы тока в цепь включён резистор R с переменным сопротивлением. Миллиампер­метр, измеряющий ток в катушке, подключается через гнёзда "РА" на па­нели лабораторного модуля. При прохождении через катушку переменного тока возникает переменное магнитное поле.

В качестве датчика магнитной индукции используется измеритель­ная рамка 8, рас положенная вблизи катушек на штоке 7. Для удобства оп­ределения координаты рамки на штоке имеются сантиметровые деления. При полностью введённом штоке рамка располагается точно в середине длинной катушки. Через шток выведен коаксиальный кабель, с помощью которого измерительная рамка присоединяется к милливольтметру. Корот­кая катушка насажена на стержень 9 и может передвигаться вдоль него. Положение катушки может определяться с помощью сантиметровых деле­ний на стержне.

Под действием переменного магнитного поля катушки в измери­тельной рамке возникает ЭДС индукции. Так как сопротивление милли­вольтметра, подключённого к измерительной рамке, довольно велико (не менее 1 МОм), можно считать, что измеряемая милливольтметром раз­ность потенциалов будет равна ЭДС индукции. Ток в катушке изменяется по гармоническому закону, поэтому мгновенное значение магнитной ин­дукции в любой точке изменяется во времени по тому же закону, где Воамплитудное значение магнитной индукции, Тл; - циклическая частота, рад/с.

Измерительная рамка располагается так, что плоскость её витков перпендикулярна линиям индукции. Радиус рамки rp « R, поэтому поле в пределах рамки можно считать однородным в каждый момент времени. Магнитный поток сквозь рамку Ф = BSp, где Sp - площадь рамки, м2.

В соответствии с законом электромагнитной индукции в рамке ин­дуцируется ЭДС, мгновенное значение которой

(11) ,

где Np - число витков измерительной рамки.

Учитывая закон изменения магнитной индукции во времени, полу­чим

(12),

где E0 - амплитудное значение ЭДС, В.

Таким образом, магнитная индукция однозначно связана с ЭДС, воз­никающей в рамке:

(13)

Помещая измерительную рамку в разные точки на оси катушки и измеряя величину возникающей ЭДС индукции, можно получить распре­деление магнитной индукции вдоль оси.

Необходимые для расчётов характеристики приведены в табл.1. В ней величины с индексом "с" относятся к соленоиду, а с индексом "к" к ка­тушке.

Таблица .1.

Nc

Nк

Np

Rс, мм

Rк, мм

lс, мм

lк, мм

ω, рад/с

Порядок проведения измерений и выполнения расчётов

Тарировка индукционного датчика

1. Подключить к лабораторному модулю соленоид.

  1. Полностью ввести шток в соленоид.

  2. Установить с помощью резистора с переменным сопротивлением
    максимально возможное значение тока соленоида и измерить значение
    ЭДС индукции.

  3. Проделать 4-5 измерений ЭДС индукции, уменьшая каждый раз
    значение тока на 0,2 А. Результаты занести в табл.2.

  4. Милливольтметр и миллиамперметр показывают действующие
    значения ЭДС и тока, которые в раз меньше амплитудных. Подставляя
    действующие значения токов в формулу (6), рассчитать соответствующие значения магнитной индукции, а затем значения Sp для каждого значения тока, учитывая, что в соответствии с уравнением (13)

(14),

где Е - действующее значение ЭДС, В; В - значение магнитной индукции, рассчитанное по формуле (6), Тл.

6. Рассчитать среднеарифметическое значение площади измеритель­ной рамки < SP > . Результаты занести в табл. 2.

Таблица .2

I,А

Е, В

В, Тл

SP, м5

< SP >,м2

….

Определение магнитной индукции на оси соленоида

  1. Установить значение тока соленоида, равное 1 А.

  2. Полностью ввести шток в соленоид.

  3. Перемещая шток на 1 деление (1 см), снять зависимость ЭДС от
    координаты. Результаты записать в табл. 3.

  4. Рассчитать экспериментальные значения магнитной индукции по
    формуле

(15)

  1. Рассчитать теоретическое значение магнитной индукции на оси
    соленоида Bс.теор по формуле (1.1) во всех точках, в которых производились
    измерения.

  2. Построить графики в одних координат­ных осях.

Таблица 3.

х, см

Е, мВ

Bс.эксп ,Тл

Вс.теор,Тл

0

1

….

11

Определение магнитной индукции на оси короткой катушки

  1. Установить значение тока катушки, равное 1 А.

  2. Установить шток в такое положение, чтобы вне соленоида находилось два деления штока. Перемещая катушку вдоль соленоида, добиться
    максимального показания милливольтметра, присоединённого к рамке. В
    этом положении измерительная рамка на штоке оказывается точно в цен­тре катушки (х = 0).

  3. Перемещая шток каждый раз на 1 см, снять зависимость Е =f(x).

  4. По формуле (15) рассчитать экспериментальное значение магнит­
    ной индукции Bк.эксп на оси катушки для каждого значения координаты.

  5. По формуле (10) рассчитать теоретическое значение магнитной
    индукции Bк.теор катушки для каждого значения координаты.

  6. Результаты измерений и расчётов записать в табл.4.

  7. Построить графики

Таблица 4.

x, см

Е, мВ

Bк..эксп ,Тл

Вк.теор,Тл

-2

-1

0

1

….

11

Контрольные вопросы

  1. Что такое магнитная индукция?

  2. Вывести формулу для расчёта магнитной индукции на оси витка с
    током на расстоянии х от его плоскости, используя закон Био-Савара-
    Лапласа.

  3. Вывести формулу для расчёта магнитной индукции на оси соле­ноида в произвольной точке.

  4. На чём основан метод измерения магнитной индукции, применённый в работе? Какая величина измеряется непосредственно? От чего она
    зависит?

Состав работы:

  • лабораторный модуль 1 шт.

  • микромультиметр ( MY-67) 2 шт.

  • соленоид с катушкой 1 шт.

Параметры соленоида: длина -11—15 см., число витков N1=190' >.

Параметры катушки : длина - 12=5 мм., диаметр -D = 90 мм., число витков N2 = 250.

Примечание: параметры датчика индукционного типа ( NS )- произ­ведение числа витков датчика на площадь его сечения - определяются путём его тарировки.



Похожие документы:

  1. Лабораторный практикум для студентов механических, технологических и экономических специальностей всех форм обучения www. msta. ru Москва 2007

    Документ
    ... формулу магнитного поля в магнетике. 6. Расскажите о петле гистерезиса. Оглавление: Введение 4 Лабораторная работа № 11. «Исследование электростатического поля» 4 Лабораторная работа ...
  2. Лабораторный модульный комплекс «Физические основы механики» фм 1 Типовой комплект демонстрационного оборудования по физическим основам механики фдм типовой комплект оборудования для лаборатории «Волновые процессы» фпв

    Документ
    ... Изучение магнитного поля соленоида с помощью датчика Холла» Позволяет изучать распределение индукции магнитного поля вдоль осевой линии соленоида ... методические указания для проведения лабораторной работы. Технические характеристики Диапазон ...
  3. Конспект урока по физике в 8 классе на тему: «Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение.»

    Конспект
    ... изучения магнитного поля можно использовать железные опилки? (В магнитном поле опилки намагничиваются и становятся магнитными стрелками) Что называют магнитной ... Слайд №25 Лабораторная работа. Выолнение учениками самостоятельно лабораторной работы №8 « ...
  4. Учебное пособие по подготовке к лабораторным занятиям по физике

    Методические указания
    ... ИЗУЧЕНИЕ ЗАТУХАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ 45 Лабораторная работа № 2.06 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ... от силы тока, создающего магнитное поле в соленоиде. Поэтому при наличии ферромагнитного сердечника ...
  5. Трофимова т.и. курс физики

    Документ
    ... стержень покоится), если в лабораторной системе (системе отсчета, ... изучение магнитного поля соленоида (см. рис. 162, б) показывает, что внутри соленоида поле ... будет в магнитном поле перемещаться. Следовательно, магнитное поле совершает работу по ...

Другие похожие документы..