12097

Магнитное поле на оси короткого соленоида

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 5.28к Магнитное поле на оси короткого соленоида Цель работы: ознакомиться с баллистическим методом измерения магнитной индукции магнитного поля соленоида. Работа выполняется на ЭВМ. Краткие теоретические сведения Баллистический мето

Русский

2013-04-24

49 KB

28 чел.

Лабораторная работа № 5.28к

Магнитное поле на оси короткого соленоида

Цель работы: ознакомиться с баллистическим методом измерения магнитной индукции магнитного поля соленоида.

Работа выполняется на ЭВМ.

Краткие теоретические сведения

Баллистический метод измерения магнитной индукции.  

В основе баллистического метода измерения магнитной индукции лежит явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Поместим в магнитное поле небольшую многовитковую катушку, в цепь которой включим баллистический гальванометр. Тогда при всяком изменении магнитного поля будет изменяться потокосцепление катушки и в цепи катушки появится индукционный ток. Величина заряда, прошедшего через гальванометр, пропорциональна изменению потокосцепления:

. (1)

Потокосцепление зависит от числа витков катушки и магнитного потока через ее поверхность:

. (2)

При неизвестном направлении магнитной индукции следует выбирать ориентацию катушки таким образом, чтобы изменение потокосцепления и, следовательно, показания гальванометра были максимальными.

Если направление индукции определено и размеры катушки достаточно малы, чтобы поле в пределах катушки можно было считать однородным, то выражение (2) переходит в (3):

, (3)

где, N-число витков катушки; S-площадь одного витка.

Изменение потокосцепления при выключении поля равно NBS, при изменении направления поля на противоположное – 2NBS.

Баллистический гальванометр – электроизмерительный прибор с большим периодом собственных колебаний подвижной рамки, предназначенный для измерения величины заряда, проходящего через него, при коротких импульсах электрического тока.

Если время изменения потокосцепления много меньше периода собственных колебаний рамки гальванометра, то заряд, прошедший по цепи, пропорционален показаниям баллистического гальванометра:

q = Cqb, (4)

где, Сq- чувствительность баллистического гальванометра, Кл/дел; b- показание гальванометра, дел.

При изменении направления магнитного поля на противоположное, объединяя (4), (3) и (1), получим  выражение для магнитной индукции:

 . (5)

Таким образом, помещая небольшую многовитковую катушку в различные точки магнитного поля, по показаниям баллистического гальванометра можно определить значение магнитной индукции в этих точках.

Магнитное поле на оси короткого соленоида.

Выделим малый участок длины соленоида dx, по которому протекает ток силой dI (рис. 1), и воспользуемся выражением для магнитной индукции на оси кругового тока:

                (6)

Интегрируя (6) по х от 0 до L и переходя к углам a1 и a2, получим выражение для магнитной индукции на оси соленоида:

, (7)

где, I- сила электрического тока, протекающего по соленоиду; n- плотность намотки (число витков на единицу длины соленоида).  

,

Порядок выполнения работы

Лабораторная установка представляет собой короткий соленоид, по оси которого перемещается небольшая измерительная катушка, включенная в цепь баллистического гальванометра

Положение измерительной катушки определяется координатой х, отсчитываемой от центра соленоида. В данной лабораторной работе изменение потокосцепления производится коммутацией (изменением направления) тока, протекающего по соленоиду.

1. В диалоговом окне «Сила тока» установить силу тока (по указанию преподавателя I=0,05; 0,1; 0,15; 0,2 А).

2. Установить в диалоговом окне «Координата Х» значение х=0 см.

3. Активировать «мышкой» коммутатор на схеме.

4. Заметить максимальный отброс указателя гальванометра b, дел., записать значения х и b в таблицу.

Повторить п.п.2,3,4, изменяя значение координаты Х (рекомендуемые значения- 0,3, 5, 7, 9, 10, 11, 13, 15, 17, 20 см).

Вычислить значения магнитной индукции Вэксп. по (5), где R=Rг, S=pd2/4, результаты занести в таблицу.

Параметры соленоида:

диаметр соленоида D=20 см,

длина соленоида L=20 см,

плотность намотки n=2×103вит/м.

Параметры измерительной катушки и баллистического гальванометра:

диаметр d=1 см, число витков N=300 вит.,

сопротивление гальванометра Rг=20 Ом,

чувствительность гальванометра Сq=9,5×10-9Кл/дел.

Построить график теоретической зависимости Втеор=В(х), рассчитав по (7) значения Втеор. и записав их в таблицу.

Нанести экспериментальные значения магнитной индукции на график. Сравнить зависимости и сделать вывод.

Таблица

Х, см

b, дел

Вэксп., Тл

Втеор., Тл

0

×

×

×

20

Контрольные вопросы

1. Закон Био – Савара и принцип суперпозиции для магнитного поля.

2. Магнитное поле на оси кругового тока.

3. Расчет магнитного поля на оси короткого соленоида.

4. Баллистический метод измерения магнитной индукции.

Чувствительность баллистического гальванометра, вычисление магнитной индукции в работе.

···································

ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ

dI

x

a1

a2

B

L

Рис.1

L/2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80251. МИРОВОЕ ХОЗЯЙСТВО И ЕГО ЭВОЛЮЦИЯ 73.5 KB
  Постсоциалистические страны переходят от плановораспределительной к рыночной экономике. В соответствии с этими критериями в мировой системе хозяйства выделяется промышленноразвитые и новые индустриальные страны; высокодоходные государства экспортирующие сырье и энергоносители; наименее развитые и бедные страны мира. Кроме того различают страны с развитой развивающейся рыночной экономикой и страны с нерыночной экономикой. Используя абсолютные преимущества в специализации производства страны обмениваются избыточной продукцией и...
80252. МИРОВАЯ ВАЛЮТНАЯ СИСТЕМА 71.5 KB
  Международные валютные отношения это совокупность экономических отношений между странами юридическими и частными лицами международными экономическими и финансовокредитными организациями по поводу образования и движения валюты. в этот период имели место стабильные золотые валюты и другие международные ликвидные ресурсы в большинстве развитых стран был четкий механизм определения взаимных валютных паритетов курсов международный валютный рынок согласованный порядок взаимных международных платежей на основе вексельного обращения оно...
80253. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ 73.5 KB
  Причины возникновения и сущность глобальных проблем Основные пути демилитаризации экономики Пути решения глобальных проблем Причины возникновения и сущность глобальных проблем Понятие глобальные проблемы происходит от франц. К таким проблемам относятся предотвращение мировой ядерной войны и обеспечение стабильного мира необходимость эффективной и комплексной охраны окружающей среды ликвидация отсталости развивающихся стран преодоление болезней рациональное использование глубин Мирового...
80254. ОБЩЕСТВЕННОЕ ВОСПРОИЗВОДСТВО. ОСНОВНЫЕ МАКРОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 85 KB
  Источником расширенного воспроизводства является часть созданного чистого продукта. Закон накопления указывает на причинно следственные связи между процессами накопления и потребления а именно: часть чистого продукта в составе годового продукта используется для расширения производства т. Последний разработал теорию накопления экономического роста экономических кризисов совокупного общественного продукта и его реализации экономической пропорциональности. Марксом проблемы совокупного общественного продукта его структуры и измерения.
80255. ПОТРЕБЛЕНИЕ, ИНВЕСТИЦИИ (НАКОПЛЕНИЕ) И СБЕРЕЖЕНИЯ В МАКРОЭКОНОМИКЕ 64.5 KB
  Инвестиции норма накопления и ее факторы. Рост потребления осуществляется на основе накопления инвестиций. Соотношение потребления и накопления выражает проблему структуры и динамики чистого продукта или его денежного выражения национального дохода. Национальный доход используемый определяется как сумма фондов потребления и накопления.
80256. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РОСТ И МАКРОЭКОНОМИЧЕСКАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ 152 KB
  Проблема экономического роста занимает центральное место в экономических дискуссиях где речь идет об основах социальноэкономической жизни народов. Обеспечение стабильного роста без кризисов при условии полной занятости актуальная задача экономической науки экономической политики и хозяйственной практики. Количество экономического роста выражается в его темпах. Темпы экономического роста прирост за определенный промежуток времени произведенной в народном хозяйстве продукции по отношению к ее базисному уровню.
80257. Экономическая теория: предмет, метод, функции. Экономическая политика 68.5 KB
  Обмениваясь результатами своего труда субъекты хозяйственной деятельности индивиды и коллективы вступают в определённые экономические отношения которые являются объектом изучения экономических наук и в частности экономической теории. Методологической основой всех экономических наук является экономическая теория как система научных взглядов на хозяйственную деятельность людей. Она изучает причинно-следственные связи с закономерностями развития экономических процессов экономические отношения возникающие между субъектами в процессе их...
80258. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ СОБСТВЕННОСТИ 69.5 KB
  Проблема собственности - центральная проблема экономической теории и хозяйственной практики. Экономический строй общества определяется соответствующими производственными отношениями, базирующимися на определенной форме собственности.
80259. Формы организации общественного производства. Деньги 89 KB
  Деньги: сущность функции. Современные деньги. Обмен осуществляется через рынок деньги путём купли продажи и только после этого продукция попадает в производительное или личное потребление.