2535

Измерение магнитного момента полосового постоянного магнита при использовании компаса, линейки и секундомера

Лабораторная работа

Физика

Подвесим полосовой постоянный магнит на очень тонкой нити в некотором магнитном поле. Поле создается каким – либо устройством или Землей, (в лабораторной установке используется магнитное поле Земли с индукцией B0).

Русский

2013-01-06

119.27 KB

33 чел.

Дата       Фамилия       Группа

 

Лабораторная работа №36

I.Название работы:

Измерение магнитного момента полосового постоянного магнита при использовании компаса, линейки и секундомера.

Цель работы:

Измерение магнитного момента полосового постоянного магнита

II.Краткое теоретическое обоснование:

Подвесим полосовой постоянный магнит на очень тонкой нити в некотором магнитном поле. Поле создается каким – либо устройством или Землей, (в лабораторной установке используется магнитное поле Земли с индукцией B0). Направление вектора индукции магнитного поля B0 определяем по компасу. Числовое значение его модуля нам может быть неизвестным. Ориентируем полосовой магнит вектора индукции магнитного поля B0 (в условиях эксперимента ориентируем его северным концом к N). Дождемся, пока магнит перестанет колебаться. Затем осторожно отклоним его на малый угол γ, не более нескольких градусов. На магнит станет действовать возвращающий момент M. 

где pm – магнитный момент полосового магнита.

При малых углах γ sin γ = γ. Поэтому из (6.1) получим:

Запишем основное уравнение динамики вращательного движения

где ε – угловое ускорение магнита.

I – момент инерции магнита относительно центра масс

где m – масса магнита (определяется взвешиванием), a – длина магнита, b – ширина магнита (определяется измерениями)

Из уравнений (6.2) и (6.3) получим

Получено линейное однородное дифференциальное уравнение второго порядка. Общее решение уравнения имеет вид

γ = A cos (ωt + α)

Следовательно, движение магнита представляет собой гармоническое колебание с периодом

Момент инерции I определяется по уравнению (6.4), период колебаний магнита можно получить экспериментально. Числовое значение индукции B0 нам неизвестно. Поэтому, для определения магнитного момента pm нужно еще одно уравнение. Найдем его.

Если дополнительное магнитное поле с индукцией B1 создать полосовым магнитом с магнитным моментом pm.

где x – расстояние от центра полосового магнита до оси стрелки компаса.

Подставив это выражение в уравнение (6.8), получим

Из этого уравнения следует, что

Подставив уравнение (6.9) в уравнение (6.7), получим искомый магнитный момент pm.

Из уравнения (6.10) следует, что для определения магнитного момента pm полосового постоянного магнита необходимо вычислить по уравнению (6.4) момент инерции I магнита, период T качания магнита в магнитном поле Земли, угол φ отклонения стрелки компаса от магнитного меридиана.  

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

IV.Измерительные приборы и принадлежности.

  1.  Полосовой постоянный магнит
  2.  Компас
  3.  Секундомер
  4.  Линейка
  5.  Тонкая нить с обоймой для закрепления ее на полосовом магните

V.Результаты измерения.

№ п.п.

Число колебаний, N

Время колебаний t, с

Период T, с

Tср, c

ΔТi , с

ΔТср, с

δТср, %

1

10

41

4,1

4,234

0,134

0,0268

0,63297

2

15

62

4,13

4,234

0,101

0,0201

0,47552

3

20

85

4,25

4,234

0,016

0,0032

0,07558

4

25

108

4,32

4,234

0,086

0,0172

0,40624

5

30

131

4,37

4,234

0,133

0,0265

0,62667

x, м

Направление северного полюса магнита

φ, град

φср, град

Δφ, град

Δφ ср , град

δφср, %

0,57

на восток

2

2,5

0,5

0,5

20

0,57

на запад

3

2,5

0,5

0,5

20

0,57

на восток

3

2,5

0,5

0,5

20

0,57

на запад

2

2,5

0,5

0,5

20

0,57

на восток

3

2,5

0,5

0,5

20

0,57

на запад

2

2,5

0,5

0,5

20

VI. Черновые записи и вычисления.

Tср = (4,1 + 4,13 + 4,25 + 4,25 + 4,37) / 5 = 4,234 [c]

T = 41 / 10 = 4,1       [c]                             ΔТi = | 4,234 − 4,1 | = 0,134 [c]

T = 62 / 15 = 4,13     [c]                             ΔТi = | 4,234 − 4,13 | = 0,101 [c]

T = 85 / 20 = 4,25     [c]                             ΔТi = | 4,234 − 4,25 | = 0,016 [c]

T = 108 / 25 = 4,32   [c]                             ΔТi = | 4,234 − 4,32 | = 0,086 [c]

T = 131 / 30 = 4,37   [c]                             ΔТi = | 4,234 − 4,37 | = 0,133 [c]

ΔТср = 0,134 / 5 = 0,0268 [c]          δТср = ( 0,0268 / 4,234 ) • 100 % = 0,63297

ΔТср = 0,101 / 5 = 0,0201 [c]          δТср = ( 0,0201 / 4,234 ) • 100 % = 0,47552

ΔТср = 0,016 / 5 = 0,0032 [c]          δТср = ( 0,0032 / 4,234 ) • 100 % = 0,07558

ΔТср = 0,086 / 5 = 0,0172 [c]          δТср = ( 0,0172 / 4,234 ) • 100 % = 0,40642

ΔТср = 0,133 / 5 = 0,0265 [c]          δТср = ( 0,0265 / 4,234 ) • 100 % = 0,62667

φср = ( 2 + 3 + 3 + 2 + 3 + 2 ) = 2,5 [град]

Δφ ср = ( 0,5 • 6 ) / 6 = 0,5 [град]

δφср = ( 0,5 / 2,5 ) • 100% = 20 [%]                       Δφ = | 2 − 2,5 | = 0,5 [град]

δφср = ( 0,5 / 2,5 ) • 100% = 20 [%]                       Δφ = | 3 − 2,5 | = 0,5 [град]

δφср = ( 0,5 / 2,5 ) • 100% = 20 [%]                       Δφ = | 3 − 2,5 | = 0,5 [град]

δφср = ( 0,5 / 2,5 ) • 100% = 20 [%]                       Δφ = | 2 − 2,5 | = 0,5 [град]

δφср = ( 0,5 / 2,5 ) • 100% = 20 [%]                       Δφ = | 3 − 2,5 | = 0,5 [град]

δφср = ( 0,5 / 2,5 ) • 100% = 20 [%]                       Δφ = | 2 − 2,5 | = 0,5 [град]

VII. Основные выводы.

Мы измерили магнитный момент полосового постоянного магнита


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29026. Ленточные фундаменты под колонны и их конструктивные решения 26 KB
  Ленточные фундаменты под колонны и их конструктивные решения. Ленточные фундаменты под колонны устраивают в виде одиночных под ряд колонн или перекрёстных под сетку колонн лент рис. Ленточные фундаменты под колонны предают большую жёсткость сооружению и способствуют выравниванию его осадки.
29027. Сплошные фундаменты. Основные конструктивные решения. Сопряжение колонн со сплошными фундаментами 31 KB
  Сплошные фундаменты. Сплошные фундаменты иногда называемые плитными устраивают под всем зданием в виде железобетонных плит под стены или сетку колонн рис. Сплошные фундаменты способствуют уменьшению неравномерности осадки сооружения. Сплошные фундаменты выполняются как правило из монолитного железобетона.
29028. Определение глубины заложения фундамента исходя из инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки 31.5 KB
  Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов по геологическим разрезам. Покажем это на примере рассмотрев 3 наиболее характерные схемы напластований грунтов приведенные на рис. Площадка сложена одним или несколькими слоями прочных грунтов при этом строительные свойства каждого последующего слоя не хуже свойств предыдущего. В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной допускаемой при учёте сезонного промерзания грунтов и конструктивных особенностей сооружения рис.
29029. Учёт глубины сезонного промерзания грунтов при выборе глубины заложения фундаментов зданий и сооружений 20.5 KB
  Учёт глубины сезонного промерзания грунтов при выборе глубины заложения фундаментов зданий и сооружений. Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида состояния начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. Как непучинистые рассматриваются также пески мелкие и пылеватые с любой влажностью а также супеси твёрдой консистенции если уровень подземных вод во время промерзания находится от спланированной отметки земли на глубине равной расчётной глубине промерзания плюс 2 м...
29030. Определение глубины заложения фундаментов с учётом конструктивных особенностей сооружения, включая глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов 31.5 KB
  Определение глубины заложения фундаментов с учётом конструктивных особенностей сооружения включая глубину прокладки подземных коммуникаций наличие и глубину заложения соседних фундаментов. Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения влияющими на глубину заложения его фундамента являются: наличие и размеры подвальных помещений приямков или фундаментов под оборудование; глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений; наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций. В зданиях с подвалом или полуподвалом а также...
29031. Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов мелкого заложения 63.5 KB
  Реактивное давление грунта по подошве жёсткого центрально нагруженного фундамента принимается равномерно распределённым интенсивностью: 1 где NoII расчётная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента; GfII и GgII расчётные значения веса фундамента и грунта на его уступах см.1; А площадь подошвы фундамента. Площадь подошвы фундамента при его расчёте по второму предельному состоянию по деформациям определяется из условия: pII ≤ R 2 где R расчётное сопротивление грунта основания. Поскольку обе части неравенства 2...
29032. Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов мелкого заложения. Эпюры давлений под подошвой фундамента. Порядок расчёта 33 KB
  Эпюры давлений под подошвой фундамента. При расчёте давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей определяют как для случая внецентренного сжатия по формуле: 1 Подстановкой значений А=l·b W=b2l 6 и M=NII·e формула 1 приводится к виду 2 2 где NII суммарная вертикальная нагрузка на основание включая вес фундамента и грунта на его уступах; A площадь подошвы фундамента; е эксцентриситет...
29033. Гидроизоляция фундаментов. Защита подвальных помещений от сырости и подтопления подземными водами 42 KB
  Гидроизоляция фундаментов. Гидроизоляция предназначается для обеспечения водонепроницаемости сооружений антифильтрационная гидроизоляция а также защиты от коррозии и разрушения материалов фундаментов и подземных конструкций от агрессивных подземных вод антикоррозионная гидроизоляция. Гидроизоляция от сырости и грунтовых вод подвальных и заглубленных помещений является значительно более сложной выбор такой гидроизоляции зависит от гидрогеологических условий строительной площадки уровня подземных вод их агрессивности особенностей...
29034. Расчёт фундаментов по второй группе предельных состояний. Определение конечной осадки фундаментов мелкого заложения методом послойного суммирования 34 KB
  Расчёт оснований фундаментов по второй группе предельных состояний по деформациям производится исходя из условия: s ≤ su 1 где s конечная стабилизированная осадка фундамента определённая расчётом; su предельное значение осадки устанавливаемое соответствующими нормативными документами или требованиями проекта. После определения размеров подошвы фундамента и проверки условия pII ≤ R где рII среднее давление на основание по подошве фундамента a R расчётное сопротивление грунта ось фундамента совмещают с литологической колонкой...