ID: 36785

Название работы: Исследование магнитных полей с помощью измерительной катушки

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

Описание: 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:...

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-09-23

Размер файла: 167 KB

Работу скачали: 14 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 = В0 • S0n 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.