36794

Измерение напряженности магнитного поля соленоида

Лабораторная работа

Физика

Магнитные поля созданные каждым витком в отдельности складываются. Напряженность магнитного поля соленоида в средней его части при прохождении по нему электрического тока определяется формулой: 1 Величина пропорциональна силе тока и зависит от числа витков приходящихся на единицу длины соленоида. Напряженность магнитного поля можно определить по воздействию этого поля на данный магнит.

Русский

2013-09-23

182 KB

28 чел.

Лабораторная работа № 2-18

«Измерение напряженности магнитного поля соленоида»

Цель работы: определение напряженности магнитного поля на оси соленоида.

Приборы и принадлежности: соленоид, реостат, переключатель (коммутатор), амперметр для постоянного тока, компас, секундомер, мел, ключ.

Краткое теоретическое введение

   Соленоидом называется система круговых токов с общей прямолинейной осью. Магнитные поля, созданные каждым витком в отдельности, складываются. Если соленоид имеет достаточную длину, то внутри соленоида результирующее поле будет одинаковым как по всему сечению, так и по всей длине соленоида, т.е. будет однородным полем. Магнитное поле в вакууме характеризуется вектором напряженности  В однородном поле напряженность во всех его точках постоянна по величине и направлению. Напряженность магнитного поля соленоида в средней его части при прохождении по нему электрического тока определяется формулой:

                                 (1)

Величина  пропорциональна силе тока  и зависит от числа витков , приходящихся на единицу длины соленоида. Направлен вектор напряженности по оси соленоида, и направление это определяется с помощью правила буравчика. Для выполнения работы собирается цепь, где L-соленоид, П-переключатель, К-ключ, А-амперметр, R-реостат. Цепь питается от источника постоянного тока. Напряженность магнитного поля можно определить по воздействию этого поля на данный магнит. Необходимо помнить, что и соленоид, и магнит находятся в магнитном поле Земли. Для выполнения работы соленоид располагают так, чтобы его ось была направлена вдоль магнитного меридиана. При этом условии подведенный магнит будет располагаться по оси соленоида.

   Выведем магнит из положения равновесия. Под действием сил, обусловленных магнитным полем Земли и пропорциональных горизонтальной составляющей  напряженности магнитного поля Земли, магнит будет возвращаться в положение равновесия, но благодаря инерции пройдет его. Силы поля будут снова возвращать магнит к положению равновесия. Возникнут колебания магнита вокруг оси, совпадающей с нитью подвеса. Период колебаний  магнита зависит от свойств магнита, а также от напряженности магнитного поля, в котором происходит колебание. Эта зависимость выражается формулой:

                                       (2)

Из формулы (2) следует:

                               (3)

где постоянная прибора.

Постоянную прибора легко определить. Для этого измеряют период колебаний магнита , когда ток в соленоиде отсутствует. Зная горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли  для данного географического пункта и определив из опыта , подсчитываем постоянную прибора по формуле:

                          (4)

Зная , можно определить напряженность магнитного поля соленоида  при  разных токах соленоида. Для этого нужно определить период колебаний магнита  для данного тока, а затем по формуле (3) рассчитать . Чтобы исключить  действие поля Земли и подсчитать только напряженность поля соленоида , определяют период колебаний магнита в двух случаях:

а) при одном направлении данного тока в соленоиде, когда вектор напряженности поля соленоида  и вектор горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли  совпадают по направлению. Величина результирующей напряженности определится их суммой:

;

б) при противоположном направлении тока, когда направления векторов напряженности и противоположны. Величина результирующей напряженности в этом случае равна их разности:

;

Согласно формуле (3) в первом случае:

,                                     (5)

а во втором:

,                   (6)

Складывая (5) и (6), получаем:               ,                          (7)

Где - напряженность магнитного поля соленоида;  постоянная прибора; период колебаний магнита при одном направлении данного тока в соленоиде; период колебаний магнита при противоположном направлении тока.

Методика и техника измерений

  1.  Собрать электрическую схему.
  2.  Устанавливаем соленоид при помощи компаса так, чтобы его ось лежала в плоскости магнитного меридиана. При этом магнит расположится вдоль оси соленоида.
  3.  Не замыкая ключа , нужно осторожно поднести железный предмет к магниту и тем самым вывести его из положения равновесия. При помощи секундомера находим время  для  полных колебаний магнита. Отсчет производим 3 раза. Среднее из отсчетов дает:

.

  1.  Замкнув ключ  и переключатель , при помощи реостата

устанавливаем в цепи ток  (по заданию преподавателя). Выводим магнит из равновесия, в результате чего он проходит в крутильные колебания. Определяем трижды время  для  полных колебаний. Тогда период колебаний:

.

С помощью переключателя изменяют направление тока в соленоиде и аналогично определяем .

     5. Установив поочередно токи и , производим опыты. Данные за-

          носим в табл.1 и 2.

Таблица 1.

Определение

1

2

3

5

5

5

28,2

27,9

27,6

27,9

5,58

31,14

49,82

Расчеты:

Горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли

для г. Томска равна .

Следует, что   ;

 

Таблица 2.

 

 

1

2

3

0,6

0,6

0,6

5

27,8

28,0

5,6

5

16,1

16,1

3,22

5

28,1

5

16,3

5

28,9

5

15,9

1

2

3

1,4

1,4

1,4

5

16,9

16,9

3,38

5

11,4

11,6

2,32

5

16,7

5

11,6

5

17,1

5

11,8

Расчеты напряженности магнитного поля на оси соленоида:

В;

В;

 

График зависимости напряженности магнитного поля соленоида от силы тока

Вывод: определили напряженность магнитного поля на оси соленоида, расположенного горизонтально, на уровне его оси подвешивают на нити небольшой магнит, с помощью которого, определяем напряженность по воздействию этого поля на данный магнит. Проверили, что напряженность магнитного поля соленоида прямо пропорциональна силе тока.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34641. Школа человеческих отношений (1930 – 1950) и поведенческих наук (1950 – наше время) 17.02 KB
  Школа поведенческих наук Макгрегор повышение эффективности организации за счет повышения эффективности её человеческих ресурсов. Решения выбора альтернативы Управленческое решение обдуманный вывод о необходимости осуществить какието действия связанные с достижением цели организации либо наоборот воздержаться от них. Эффективным организационным решением будет то которое будет на самом деле реализовано и внесет наибольший вклад в достижение целей организации.
34642. Типы организаций 21.39 KB
  Процесс принятия рационального решения Состоит из 7 основных этапов Диагностика или определение проблемы Существует 2 способа рассмотрения проблемы: Проблемой считается ситуация когда поставленные цели не достигнуты. Проблема как потенциальная возможность для этого необходима релевантная информация это данные касающиеся только конкретной проблемы человека цели в определенный период времени Все проблемы имеют: Определенное лицо Что Связанный с какимто конкретным местом Где Время возникновения и частота повторяемости...
34643. Общие характеристики организаций 40.73 KB
  Необходимость управления практическая реализация Факторы влияющие на процесс принятия решений Личностная оценка руководителя субъективное ранжирования важности качества или блага. Среда принятия решений Все решения принимаются в разных обстоятельствах по отношению к риску и выделяют: Условие определенности когда точно известен результат каждого из альтернативного варианта выбора Условие риска результаты этих решений не являются определенными но вероятность каждого результата известна. Негативные последствия принятие...
34644. Личность. Методы принятия решений 22.49 KB
  ЯОбраз какими мы видим себя Идеальное Я какими нам хотелось бы быть Зеркальное Я какими по нашему мнению нас видят другие Реальное Я каковы мы в действительности Методы принятия решений При принятии решений вне зависимости от применяемых моделей существует правило принятия решений. Соответственно существуют следующие методы принятия решений: Платежная матрица оказывает помощь руководителю в выборе одного из нескольких вариантов решений. Методы прогнозирования в них используется как накопленный опыт так и текущие допущения на...
34645. Понятие алгоритма. Свойства, способы описания 90 KB
  Понятие алгоритма и способы его описания; Типы алгоритмов; Блоксхемы; Базовые структуры применяемые при создании алгоритмов. Иначе говоря блоксхема служит для графического изображения структуры алгоритма. Последовательность действий в соответствии с блоксхемой указывается с помощью стрелок соединяющих отдельные блоки и показывающих какой блок и вслед за каким должен выполняться. В ходе изучения данной дисциплины будут рассматриваться алгоритмы описанные при помощи языка программирования и при помощи специальных схем...
34646. Процедуры и функции 85.5 KB
  Пользовательские функции. В Паскале имеется два вида подпрограмм: процедуры PROCEDURE и функции FUNCTION. В программе процедуры и функции описываются после раздела описания переменных программы но до начала ее основной части то есть до оператора Begin начинающего эту часть.
34647. Рекурентные выражения. Рекурсия 73.5 KB
  При первом вызове функции fib5 определяется через fib4fib3; вычисление fib4 осуществляется через fib3 fib2 fib3 через fib2 fibl fib2 через fib1 fib0. Согласно условию прекращения рекурсии fibl и fib0 равно 1. Соответствующий рекурсивный процесс должен быть осуществлен и для fib4 и т. Решение: Vr n:byte; function fibk:byte :longint; begin if k = 1 then fib : = 1 else fib: =fibk l fibk 2 {рекурсивный вызов} end; BEGIN redlnn; writelnn 'e число Фибоначчи'...
34648. Сортировка. Усовершенствованные алгоритмы сортировки 142.5 KB
  Усовершенствованные алгоритмы сортировки. Имеется два вида алгоритмов сортировки. Изза этих отличий методы сортировки существенно отличаются для этих двух видов сортировки. В общем случае при сортировке данных только часть информации используется в качестве ключа сортировки который используется в сравнениях.
34649. Страница Dialogs 227.84 KB
  Пусть ваше приложение включает окно редактирования Memo1 в которое по команде меню Открыть вы хотите загружать текстовый файл а после какихто изменений сделанных пользователем сохранять по команде Сохранить текст в том же файле а по команде Сохранить как.FileNme; Memo1.FileNme сохраняется в переменной FNme и файл загружается в текст Memo1 методом LodFromFile. Обработка команды Сохранить выполняется оператором Memo1.