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

67815. ПРОМИСЛОВІ РОБОТИ (ПР) 544 KB
  По типу систем керування сучасні перспективні промислові роботи поділяються на три: види так звані покоління: програмні адаптивні і інтелектуальні з елементами штучного інтелекту. Усі вони мають властивість швидкого перепрограмування на різні операції причому в першому...
67816. ОСНОВИ ОРГАНІЗАЦІЇ САНІТАРНО-ГІГІЄНІЧНОГО ТА ПРОТИЕПІДЕМІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІЙСЬК 134.5 KB
  Висвітлити найбільш складні питання навчального матеріалу, актуальні питання теорії та практики, сучасні досягнення науки та техніки, сприяти розвитку творчого мислення студентів і формування у них сучасного світогляду, а також бути основою для організації та проведення...
67817. ПРАВО КОРИСТУВАННЯ ПРИРОДНИМИ РЕСУРСАМИ 215.5 KB
  Об’єктивне право природокористування – сукупність екологічних норм, які визначають підстави виникнення, зміни та припинення права природокористування, встановлюють комплекс прав та обов’язків природокористувачів, формують юридичні засоби захисту прав та інтересів суб’єктів природокористування.
67818. КІНЕМАТИКА ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ 154.5 KB
  Кожне тіло щовільно рухається в просторі має ортогональну систему координат і 6 степенів вільності свободи можливість руху вздовж кожної з осей і обертання навколо них. Проте як видно з рисунку вся сукупність переміщень кінематичних ланок руки людини зводиться до транспортних переносних рухів...
67819. ОСНОВИ ОРГАНІЗАЦІЇ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МЕДИЧНИМ МАЙНОМ 135 KB
  Забезпечення медичним майном і медичною технікою організується і здійснюється з метою безперервного і повного задоволення потреб частин, підрозділів в них для надання медичної допомоги пораненим та хворим і їх лікування, проведення санітарно-гігієнічних...
67820. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ВИКОРИСТАННЯ НАДР 82.5 KB
  Приблизна вартість промислових запасів основних видів корисних копалин дорівнює більше 15 трлн. Всі мінеральносировинні ресурси України сконцентровані в: родовищах корисних копалин нагромадженнях мінеральних речовин в надрах на поверхні землі в джерелах вод та газів на дні водоймищ які за кількістю якістю...
67821. ПРИВОДИ ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ 142 KB
  Крім того тип приводу визначає і можливості системи керування або ступінь інтелектуальності робота. Для виконання загальної конкретної технологічної операції необхідне групове керування виконавчими двигунами приводу тобото з погляду керування привід робота розглядається як система.
67822. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ВИКОРИСТАННЯ ВОД 91 KB
  В Україні розроблено законодавство, яке регулює правову охорону та режим використання водних об’єктів України та покликане сприяти формуванню водно-екологічного правопорядку і забезпечення екологічної безпеки населення України, а також більш ефективному, науково обґрунтованому використанню...
67823. УНІФІКОВАНІ ВУЗЛИ ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ 1.18 MB
  В двох перших модулях можна виділити такі функціонально-конструктивні елементи: приводи; механізми перетворення і передачі руху; направляючі опори для лінійних і поворотних перміщень виконавчих органів; демпферуючі гальмівні пристрої; інформаційні давачі...