11295

Определение индукции магнитного поля соленоида

Лабораторная работа

Физика

Определение индукции магнитного поля соленоида Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику определения индукции магнитного поля соленоида. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лаборат

Русский

2013-04-05

254 KB

42 чел.

Определение индукции магнитного поля соленоида

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику определения индукции магнитного поля соленоида. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).

Печатается по решению методической комиссии факультета

«Нанотехнологии и композиционные материалы»

Рецензент    доцент Кудря А.П.

© Издательский центр ДГГУ, 2012

I. Цель работы:  

  1. Измерить индукцию магнитного поля соленоида при различных значениях силы тока, протекающего по соленоиду.

  2. Построить график зависимости индукции магнитного поля соленоида от силы тока.

II. Приборы и принадлежности: источник тока, выпрямитель, реостат, амперметр, компас, переключатель направления тока, соленоид с подвешенным внутри постоянным магнитом, секундомер.

 

III. Теория метода и описание установки

В данной работе измерение индукции магнитного поля внутри соленоида проводится с помощью магнитометра, представляющего собой небольшой постоянный магнит (магнитная стрелка), подвешенный на нити (рис.1). Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, располагается в центре соленоида, где поле можно считать однородным. Соленоид устанавливается вдоль горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции магнитного поля Земли с помощью компаса. В этом положении соленоида магнитная стрелка, следовательно, и вектор магнитного момента , будут направлены вдоль  его оси.

Рис. 1

   Рис. 2

При отклонении стрелки на небольшой угол  от положения равновесия (рис. 2) возникает крутящий момент нити (им можно пренебречь) и вращающий момент силы со стороны магнитного поля, под действием которого стрелка будет совершать свободные незатухающие крутильные колебания (сопротивлением воздуха и трением в подвесе пренебрегаем).

Модуль момента силы равен . Учитывая, что при малых углах закручивания , а вектор вращающего момента  и вектор углового перемещения  направлены в противоположные стороны, можно записать

                            ,                                     (1)

где – вращающий момент, – магнитный момент стрелки,  – угол поворота стрелки.

     Согласно основному уравнению динамики вращательного движения                    .                                        (2)

Сравнивая (1) и (2), получаем:     ,                 (3)

где – момент инерции магнита. Разделив уравнение (3) на  получаем:                      .                             (4)

Вводим обозначение: . Тогда уравнение (4) примет вид:

.                              (5)

Уравнение (5) представляет собой дифференциальное уравнение свободных незатухающих колебаний стрелки с частотой .  Период колебаний , откуда

      или                 ,                         (6)

где  – постоянная величина для данного магнитометра.

       Согласно принципу суперпозиции индукция результирующего поля равна векторной  сумме индукций магнитных полей Земли  и соленоида :  .

       Чтобы исключить влияние магнитного поля Земли на определение величины индукции магнитного поля соленоида, измеряют время  колебаний магнитной стрелки в двух случаях: при одинаковом направлении векторов индукции поля Земли  и соленоида  и противоположном. Изменения направления вектора  добиваются переключением направления тока в соленоиде на противоположное.

В первом случае модуль индукции результирующего поля  , где , а во втором , где .

Получаем систему уравнений:

.

Из системы находим индукцию магнитного поля соленоида:

                        ,                                 (7)

где  – постоянная величина, указанная на установке,  и - периоды колебаний магнитной стрелки при противоположных направлениях тока в соленоиде.

IV. Экспериментальная часть

  1.  Собрать электрическую цепь из соленоида С, амперметра А, реостата R, ключа переключателя П, выпрямителя, согласно схеме, приведенной на рис.3.
  2.  Установить соленоид вдоль магнитного поля Земли с помощью компаса.
  3.  Включить выпрямитель в сеть. Изменяя положение движка реостата , установить силу тока в соленоиде от 1А до 5А через 1А, измерить период колебаний  для каждого значения силы тока. Для этого необходимо:

а) лёгким толчком вывести магнитную стрелку из положения равновесия;

б) отсчитать по секундомеру время   полных колебаний стрелки;

в) вычислить по формуле  период колебаний  для каждого значения силы тока. Результаты занести в таблицу.

Рис. 3

  1.  Изменить направление силы тока в соленоиде с помощью ключа переключателя П. При этом магнитная стрелка в соленоиде поменяет свое направление на противоположное.
  2.   Повторить пункт 3 (а, б, в) для определения периода колебаний . Результаты занести в таблицу.
  3.  По формуле (7) вычислить индукцию магнитного поля соленоида для каждой пары  и  , т.е. при одном и том же значении прямого и обратного тока.
  4.  Построить график зависимости .

                                                                                  Таблица    

№/№

п/п

А

с

с

с

с

Тл

%

Тл

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

  1.  Рассчитать относительную  и абсолютную погрешности для всех измерений по формулам:

;

,

где 0,01c - погрешность секундомера.

Контрольные вопросы

  1.  Дать определение индукции магнитного поля. Единица измерения.
  2.  Как определяется направление вектора ?
  3.  Принцип суперпозиции магнитных полей.
  4.  Сформулировать закон Ампера.
  5.  Как определяется направление силы, действующей на проводник с током?
  6.  Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.
  7.  Вывести рабочую формулу индукции магнитного поля на оси соленоида.

Техника безопасности

  1.  К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с её устройством и принципом действия.
  2.  Подключение установки к сети допускается только после проверки электрической цепи инженером или преподавателем.

Рекомендуемая  литература 

Савельев И.В.  Курс общей физики. (т. 3) / И.В. Савельев.
– СПб.: Лань, 2006.

Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2004.   

Кунаков В.В. Магнетизм: учеб. пособие / В.В. Кунаков, О.А. Лещёва, И.В. Мардасова, О.М. Холодова. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2011.

Редактор Т.В. Колесникова

_________________________________________________________

В печать 31.01.2012

Объём 0,5 усл. п.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип №3. Заказ №     .Тираж 60 экз. Цена свободная

________________________________________________________

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1


EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

220В

А

Выпрямитель

П

R

С


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79733. Учет издержек обращения 60 KB
  Учет издержек обращения Задачи и классификация издержек обращения Учет транспортных расходов Учет расходов связанных с товарными запасами Учет расходов связанных с основными средствами Учет расходов на оплату труда и социальные нужды. Учет издержек обращения относящихся к реализованным товарам Задачи и классификация издержек обращения Издержки обращения это затраты материальных денежных и трудовых ресурсов связанные с переводом товаров из сферы производства в сферу потребления. Издержки обращения относятся к категории затрат...
79734. Учет реализации товаров в организации оптовой торговли 43 KB
  Учет реализации товаров в организации оптовой торговли Формы оптовой реализации товаров Учет реализации в момент оплаты товаров. Учет реализации в момент отгрузки товаров. Учет реализации товаров транзитом Формы оптовой реализации товаров Различают две основные формы оптовой реализации товаров: реализация товаров со складов складской оборот; реализация товаров транзитом транзитный оборот. Реализация товаров транзитом в свою очередь применяется как с участием так и без участия оптового предприятия в расчетах.
79735. Учет собственного капитала 46.5 KB
  Учет собственного капитала Учет уставного капитала. Учет резервного капитала Учет добавочного капитала Учет уставного капитала Собственный капитал состоит из уставного капитала добавочного и резервного капитала резервных фондов и нераспределенной прибыли. Для характеристики той чисти собственного капитала размер которой указывается в учредительных документах используют понятие уставный капитал складочный капитал уставный фонд паевой фонд. Все эти виды собственного капитала учитываются на счете 85 Уставный капитал. Сальдо этого...
79736. Учет товарных потерь 52.5 KB
  Учет товарных потерь Нормируемые и ненормируемые потери Взаимозачет недостатков одних товаров излишками других Отражение в учете сумм недостач хищений и потерь от порчи ценностей Учет товарных потерь вследствие естественной убыли Товарные потери при транспортировке Нормы естественной убыли на складах Резерв на списание естественной убыли Нормируемые и ненормируемые потери Товарные потери возникают при транспортировке хранении и отпуске товаров. К ненормируемым относятся потери от боя брака и порчи товаров а также потери по...
79737. Учет финансовых результатов 93.5 KB
  Учет прибыли убытков предприятия. Распределение прибыли. Учет прибыли убытков предприятия Финансовый результат хозяйственной деятельности предприятия определяется показателем прибыли или убытка формируемым в течение календарного хозяйственного года. Формирование итогов годового финансового результата осуществляется накопительным путем в течение всего года на счете 80 Прибыли и убытки виде его свернутого остатка отражающего либо прибыль по кредиту счета либо убыток по дебету счета.
79738. Бухгалтерский учет банковских кредитов 106 KB
  Любое предприятие, получив в банке кредит, должно, во-первых, правильно выбрать источник списания затрат на оплату процентов за пользование ссудой, и во-вторых, достоверно отразить в учете и отчетности сумму возникшего перед банком обязательства.
79739. Бухгалтерский учет выпуска готовой продукции 76 KB
  Бухгалтерский учет выпуска готовой продукции Методика расчета фактической себестоимости отгруженной продукции на счете. Методика расчета фактической себестоимости отгруженной продукции с использованием учетных цен Методика использования фактической себестоимости по прямому принципу без использования учетных цен Речь идет о решении организации применять или не применять счет...
79740. Бухгалтерский учет материалов 107.5 KB
  Аналитический текущий учет материальных ценностей можно вести: либо в оценке по учетным ценам, либо в оценке по фактической средней себестоимости. На малых предприятиях, где количество наименований материалов невелико
79741. Бухгалтерский учет МБП и инвентаризация производственных запасов 34 KB
  Бухгалтерский учет МБП и инвентаризация производственных запасов Первичные документы по учету МБПУчет МБП в бухгалтерии предприятия Инвентаризация производственных запасов Первичные документы по учету МБП Форма МБ1 Ведомость на пополнение изъятие постоянного запаса инструментов приспособлений применяется для учета изменения запасов инструментов в раздаточных кладовых на тех предприятиях где учет ведется по принципу формирования постоянного оборотного фонда. Форма МБ2 Карточка учета МБП Служит для регистрации различных МБП...