Описания лабораторных работ |
Электромагнетизм |
Выполнение работы
1.Измерить радиус R витков и сосчитать их количество N.
2.Собрать электрическую цепь по схеме, указанной на рис. 3.
3.Определить цену деления амперметра.
4.Установить плоскость катушки тангенс-гальванометра в плоскости магнитного меридиана.
5.Замкнуть цепь переключателем. С помощью реостата установить в цепи такой ток, чтобы магнитная стрелка отклонилась на угол не более 30°. Измерить угол α1 отклонения стрелки.
6.Изменить переключателем направление то-
ка. Измерить угол α2 отклонения магнитной стрелки при той же силе тока.
7.Повторить измерения согласно п.п. 5 и 6 еще два раза, изменяя значение силы тока.
mA
|
|
|
Оформление отчета |
|
|
|
1. Расчеты |
|
S1 |
1. |
Найти среднее значение угла отклонения |
|
|
стрелки для каждого значения силы тока. |
|
|
|
2. |
Рассчитать значение В0 по результатам |
|
|
|
каждого опыта по формуле (3). |
P1 |
|
3. |
Рассчитать среднее значение В0. |
|
4. |
Рассчитать абсолютную погрешность B0 |
|
|
|
||
|
|
|
как для прямых измерений. |
R |
G1 |
5. |
Найти относительную погрешность изме- |
|
рений. Результат записать в стандартном |
||
|
|
|
|
|
|
|
виде: |
|
Рисунок 3 |
|
B = B0 ± B0 |
2. Защита работы
(ответы представить в письменном виде)
1.Запишите формулу, связывающую индукцию и напряженность магнитного поля. Используя рассчитанное среднее значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли, вычислите соответствующее значение напряженности для нашей широты.
2.Какое положение в пространстве примет магнитная стрелка тангенсгальванометра при наличии: а) только магнитного поля Земли; б) только магнитного поля кругового тока; в) магнитных полей Земли и кругового тока (виток находится в плоскости магнитного меридиана)?
3.Приведите расчетную формулу индукции магнитного поля в центре кругового тока. Как изменится индукция магнитного поля в центре кругового тока, если: а) ток в витке увеличить в 2 раза? б) радиус витка увеличить в 2 раза?
4.На какой географической широте горизонтальная составляющая вектора индукции магнитного поля Земли равна нулю?
144
Электромагнетизм Описания лабораторных работ
ПРОТОКОЛ измерений к лабораторной работе №55
Выполнил(а)_____________________ Группа__________________
Радиус витков R = _____________
Число витков N= ______________
|
|
Определение цены деления приборов |
|
||
|
|
|
|
Число |
|
№ |
|
|
Предел подключения |
Цена деления |
|
п/п |
Прибор |
|
с указанием единицы |
делений на |
с указанием еди- |
|
|
|
измерения |
шкале |
ницы измерения |
1 |
Амперметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ п/п |
I, A |
α |
° |
α |
° |
α |
° |
BB ,Тл |
|
|
|
1 , |
|
2 , |
|
ср , |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата________ |
Подпись преподавателя___________________ |
145
Описания лабораторных работ |
Электромагнетизм |
Лабораторная работа № 57
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОРОИДА ОТ НАПРЯЖЕННОСТИ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ПОЛЯ
Цель работы – исследовать зависимость индукции магнитного поля тороида и магнитной проницаемости сердечника тороида от напряженности внешнего намагничивающего поля.
Приборы и принадлежности: тороид с железным сердечником, регулируемый источник питания ВС-24М, измеритель магнитной индукции, амперметр.
Общие положения
Совокупность тел, по которым проходит поток магнитной индукции, называется магнитной цепью. Если поток переходит из одной среды в другую среду целиком, то говорят о последовательном соединении сред. Примером не-
разветвленной магнитной цепи может служить система, представляющая собой |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
l0 |
|
электромагнит в виде тороида дли- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ной l (длина средней линии) с воз- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
душным зазором шириной l0 (рис.1). |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наличие зазора существенно |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
A |
|
|
|
|
|
меняет величину напряженности Н |
||||
|
|
|
|
|
|
|
магнитного поля тороида, |
поэтому |
||||
~ |
+ |
_ |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
для ее расчета нельзя применять |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
~ |
|
+ |
_ |
формулу для расчета напряженно- |
||||||
|
|
|
сти поля сплошного тороида: |
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H = |
NI |
, |
(1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2πr |
|
|
где N – число витков тороида; I – сила тока в обмотке тороида, r – расстояние от центра тороида до точки, в которой ищется Н.
Для определения напряженности магнитного поля тороида воспользуемся законом полного тока:
r r |
N |
|
∫L Hdl |
= ∑I k = NI |
(2) |
|
k =1 |
|
В формуле (2) циркуляция вектора H считается по контуру L, образованному средней линией тороида и воздушным зазором.
Обозначив Н – напряженность магнитного поля внутри тороида, H0 – напряженность поля в воздушном зазоре, получим
H l + H 0l0 = N I |
(3) |
146
Электромагнетизм |
Описания лабораторных работ |
Так как магнитная проницаемость воздуха μ ≈1, то индукция В0 магнитного поля в зазоре связана с напряженностью Н0 магнитного поля соотношением B0 = μ0 H 0 . Сделав замену в уравнении (3), найдем
|
NI − |
B0l0 |
|
|
H = |
μo |
(4) |
||
|
||||
l |
|
|||
|
|
|
Поскольку ширина l0 зазора значительно меньше l, то рассеяние магнитного поля невелико, и можно считать, что индукция В0 магнитного поля в зазоре равна индукции В поля в тороиде, т.е. В0=В. Таким образом, для определения напряженности Н магнитного поля внутри тороида надо знать индукцию поля В, силу тока I, длину l железного сердечника и длину l0 воздушного зазора.
Магнитную проницаемость материала тороида можно рассчитать по формуле
μ = |
B |
. |
(5) |
|
|||
|
μ0 H |
|
|
Отметим, что магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности внешнего поля. Начальной магнитной проницаемостью называется величина, измеренная при небольших значениях Н.
|
|
|
Описание экспериментальной установки |
|||||
|
Экспериментальная установка состоит из электромагнита в виде тороида |
|||||||
|
|
|
|
|
|
1, источника тока 2, изме- |
||
|
|
|
|
|
|
рителя |
магнитной индук- |
|
|
|
|
|
|
|
ции ИМИ с датчиком Хол- |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ла 3 (рис.2). Обмотку то- |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
роида можно подключать к |
||
~ |
|
_ |
1 |
|
|
источнику постоянного или |
||
+ |
|
|
переменного тока. Величи- |
|||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
на тока |
плавно меняется |
|
|
|
|
~ |
_ + |
при помощи регулятора на |
|||
|
|
|
|
|
|
передней |
панели прибора. |
|
|
|
|
|
|
|
Переменный ток использу- |
||
|
|
|
|
|
|
ется для |
размагничивания |
|
|
|
|
Рисунок 2 |
|
|
железного |
сердечника |
|
|
|
|
|
|
|
электромагнита. Известно, |
||
что в убывающем переменном магнитном поле ферромагнетик размагничивается, поэтому уменьшение переменного тока в обмотке тороида от некоторого значения до 0 приведет к размагничиванию сердечника.
Индукция В магнитного поля измеряется при помощи измерителя магнитной индукции, работа которого основана на эффекте Холла. Датчик Холла помещают в измеряемое магнитное поле и снимают показания со шкалы прибора.
147