36785

Исследование магнитных полей с помощью измерительной катушки

Лабораторная работа

Физика

Приборы и принадлежности: два коротких соленоида планшеты из оргстекла с отверстиями для фиксации измерительной катушки датчик магнитного поля измерительная катушка длинный соленоид блок питания переменного тока амперметр блок сопряжения компьютер. Теоретическая часть В лабораторной работе измерение и исследование переменных магнитных полей осуществляются с помощью датчика измерительной катушки. При помещении датчика в переменное магнитное поле в нем возникает ЭДС индукции величина которой определяется по формуле:...

Русский

2013-09-23

167 KB

12 чел.

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Наименование факультета - ЕНМФ

Наименование выпускающей кафедры – Кафедра общей физики

Наименование учебной дисциплины - Физика

Лабораторная работа № 2-15

Наименование работы –  Исследование магнитных полей

с помощью измерительной катушки

Исполнитель:

Студент, группы 13А62_(_______)Дырдин М. Г.

                           подпись

                 (_______)

                              дата

Руководитель, профессор (_______)Крючков Ю.Ю.

                 подпись

                                    (_______)

                              дата

Томск –2007

Цель работы: ознакомление с одним из методов измерения и исследования магнитных полей.

      Приборы и принадлежности:  два коротких соленоида, планшеты из оргстекла с отверстиями для фиксации измерительной катушки, датчик магнитного поля - измерительная катушка, длинный соленоид, блок питания переменного тока, амперметр, блок сопряжения, компьютер. 

Теоретическая часть

В лабораторной работе измерение и исследование переменных магнитных полей осуществляются с помощью датчика - измерительной катушки.

При помещении датчика в переменное магнитное поле в нем возникает ЭДС индукции, величина которой определяется по формуле:

                                                                      (1)

где п - число витков измерительной катушки; S0 — площадь поперечного сечения датчика; Ф - магнитный поток через датчик; В -модуль вектора индукции магнитного поля; α-угол между нормалью к поперечному сечению измерительной катушки и вектором В.

Так как короткие соленоиды питаются переменным током, их магнитное поле меняется по гармоническому закону

В = В0 cosωt,

где B0 - амплитудное значение модуля вектора индукции магнитного поля;

ω - угловая частота переменного тока, который создает поле.

Следовательно,

                   ε = В0S0n ωcosαsinωt                                              (2) 

Милливольтметр, используемый в работе, измеряет эффективное значение ЭДС:

                                                  (3)

Эффективное значение ЭДС будет максимальным, когда плоскость измерительной катушки составит угол 90 ° к направлению силовой линии магнитного поля, т.е.

                                                  (4)

Таким образом, с помощью указателя на измерительной катушке можно определить картину силовых линий магнитного поля.

Если известна количественная зависимость между эффективным значением ЭДС измерительной катушки εэфmax и эффективным значением модуля вектора магнитной индукции Вэф, то можно найти эффективное или амплитудное значение модуля вектора магнитной индукции в любой области исследуемого магнитного поля. Получение указанной количественной зависимости называется тарированием измерительной катушки.

Методика тарирования измерительной катушки

Тарирование проводят в магнитном поле, величина которого известна.

В данной лабораторной работе используют магнитное поле длинного соленоида. Эффективное значение магнитного поля на оси соленоида рассчитывается по формуле

                                                 (5)

где n0 - число витков на единице длины обмотки соленоида; Iэф - эффективное значение тока обмотки соленоида.

При проведении тарирования измерительную катушку помещают в центре длинного соленоида так, чтобы угол между направлением вектора индукции В и нормалью к поперечному сечению катушки был равен 0 °. Затем измеряют максимальную величину эффективного значения ЭДС измерительной катушки εэфmax как функцию переменного тока, питающего длинный соленоид. После этого по формуле (3) рассчитывают значения Bэф, соответствующие значениям Iэф. Строят тарировочный график зависимости   εэф max =f(Bэф). График представляет собой прямую, выходящую из начала координат. Коэффициент наклона этой прямой к оси абсцисс (угловой коэффициент k) равен

                                                            (6)

Ход работы:

Были проведены измерения ε[мВ] и рассчитаны по формуле (7)

                                                                                             (7)

значения модуля магнитной индукции. Результаты измерений и расчетов представлены в таблицы 1.

Таблица 1

Результаты измерений ЭДС

Iэф,A

εэф max, мВ

,Тл

К,В/Тл

Примечание

εув, мВ

εум,мВ

εср,мВ

n0=830витков/м

μ0=4π10-7Гн/м

0,5

60,2

60,3

60,25

5212,4

9,98

1

122,3

122,4

122,35

10424,8

1,5

186,1

186,2

186,15

15637,2

2

250,1

250,1

250,1

20849,6

По данным таблицы 1 был построен график зависимости эффективного значения ЭДС от эффективного значения модуля магнитной индукции, представленный на рис.1.

Для нахождения углового коэффициента К, выразим его из формулы метода наименьших квадратов:

Для этого найдем b по формуле:

=

К=

Затем по формуле (8):

                                                        К’=1,025К                                                      (8)

определили значение реального углового коэффициента К’=31,18.

Затем произвели ряд измерений ε[мВ] для точек, указанных в таблице 2. Рассчитали экспериментальные и теоретические значения модуля магнитной индукции. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты измерений ЭДС и расчетов амплитудной индукции

Местоположение

точки

ε,мВ

Вэксп, мТл

Втеор, мТл

Примечание

В центре на оси короткого соленоида

184,7

74,02806

1,99

μ0=4π10-7Гн/м

R=0,1м

N=212витков

I=1,5A

В центре на расстоянии равном радиусу короткого соленоида

61,5

24,6493

В центре на большом расстоянии от короткого соленоида

5,3

2,124248

Вдоль линии, перпендикулярной оси короткого соленоида в девяти точках:

1

184,8

74,06814

2

189

75,7515

3

194,3

77,87575

4

207,1

83,00601

5

184,5

73,9479

6

188,5

75,5511

7

198,4

79,51904

8

207,7

83,24649

9

182,4

73,10621

Во всех точках, находящихся между двух коротких соленоидов:

1

181,8

72,86573

2

177,3

71,06212

3

176,3

70,66132

4

177,4

71,1022

5

180,9

72,50501

6

170,2

68,21643

7

168,1

67,37475

8

166,4

66,69339

9

167,7

67,21443

10

169,2

67,81563

11

157,7

63,20641

12

151,2

60,6012

13

154

61,72345

14

154,9

62,08417

15

138,3

55,43086

16

138,5

55,51102

17

136,8

54,82966

18

138,5

55,51102

19

139,7

55,99198

20

122,2

48,97796

21

122,9

49,25852

22

121,3

48,61723

23

123

49,2986

24

122,8

49,21844

25

105,5

42,28457

26

106,4

42,64529

27

104,7

41,96393

28

105,2

42,16433

29

104,6

41,92385

30

90

36,07214

31

91,9

36,83367

32

91,5

36,67335

33

91,3

36,59319

34

90,2

36,1523

35

76,7

30,74148

36

79

31,66333

37

77,7

31,14228

38

79,3

31,78357

39

77,4

31,02204

40

67

26,85371

41

67,5

27,05411

42

66,6

26,69339

43

66,8

26,77355

44

66,5

26,65331

45

54,9

22,00401

46

54,3

21,76353

47

56,9

22,80561

48

57

22,84569

49

56,7

22,72545

50

48,4

19,3988

51

48,1

19,27856

52

47,6

19,07816

53

48,1

19,27856

54

48,8

19,55912

55

41,5

16,63327

56

43

17,23447

57

42

16,83367

58

42,3

16,95391

59

41,2

16,51303

Вывод: В ходе работы были измерены значения ЭДС: в длинном соленоиде при различных значениях силы тока; в центре короткого соленоида и на различных расстояниях от него при постоянном значении силы тока I=1,5A; между двумя короткими соленоидами. Для полученных значений ЭДС рассчитали модуль магнитной индукции. Экспериментальные данные не совпали с теоретическими.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11216. Учение о фонеме. Основные направления в рамках учения о фонеме 100.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 4 Учение о фонеме. Основные направления в рамках учения о фонеме психологическое функциональное абстрактное физикалистское. Различные трактовки понятия фонемы фонологическими школами пражский структурализм американский структурализм. Ос
11217. Фонетика и фонология изучаемого языка. учение о фонеме 57.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 3. Фонетика и фонология изучаемого языка. учение о фонеме Теория фонемы. Абстрактный материальный и смыслоразличительный аспекты фонемы. Фонема и аллофоны. Функции фонемы. 1.Теория фонемы. Основные направления в рамках учения о фонеме.
11218. Фонемный состав английского языка. Гласные 131 KB
  ЛЕКЦИЯ 7 Фонемный состав английского языка. Гласные. Релевантные и нерелевантные признаки в системе английских гласных фонем. Система фонологических оппозиций и принципы классификации английских гласных фонем. Фонологический статус английских дифтонго...
11219. Фонемный состав английского языка. Согласные 130 KB
  ЛЕКЦИЯ 6 Фонемный состав английского языка. Согласные: Релевантные и нерелевантные признаки в системе английских согласных фонем. Принципы классификации английских согласных фонем. Система английских согласных фонем. Различные трактовки английских аффр
11221. Фонетическое слово, синтагма, фраза, фоноабзац, текст. СЛОГ 93.5 KB
  Лекция 9 Фонетическое слово синтагма фраза фоноабзац текст. СЛОГ На предыдущей лекции мы выяснили что слог представляет собой симбиозную фонетикофонологическую единицу. Просодические единицы такие как например ударение и тон влияют в большей степени на сло
11222. Фоностилистическая дифференциация речи. Предмет и задачи фоностилистики 121 KB
  ЛЕКЦИЯ 14. Фоностилистическая дифференциация речи. Предмет и задачи фоностилистики. Как мы убедились в предыдущих лекциях произношение не может быть однородным. Оно меняется под воздействием многочисленных факторов. Поскольку эти факторы никак не влияют на переда...
11223. Discuss different opinions of the threat of population growth on our planet 24 KB
  Discuss different opinions of the threat of population growth on our planet. From the very start I want to admit that population growth as well as other global problems in the world is an urgent one. For decades the population explosion has been giving people nightmares. The worlds population increases by 3 every second and by a billion every decade. With figures such as these the gloom is understandable. There school of thought that the battle to feed all the humanity is over....
11224. Talk about the problems a newly-independent state is confronted with 23.5 KB
  Talk about the problems a newlyindependent state is confronted with. Chinese people say that the worst thing is to live in the time of changes. With the rich choice of possible way of further development comes a bunch of problems as well. Its especially true for newlyindependent states. Id like to illustrate this on the example of Samoa. For centuries time stood still in Samoa. The people worked at banana plantations and respected the customs that the family chiefs presented abso...