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

80809. Международные экологические организации. Международные конференции по окружающей среде 32.62 KB
  Большой вклад в решение проблем охраны окружающей среды вносит ООН. В природоохранительной деятельности участвуют все главные органы и специализированные учреждения ООН Генеральная Ассамблея Экономический и Социальный Совет региональные экономические комиссии например Европейская экономическая комиссия Конференция ООН по торговле и развитию ЮНКТАД Организация объединенных наций по промышленному развитию ЮНИДО Международная Организация Труда МОТ Организация Объединенных Наций по вопросам продовольствия и сельского хозяйства...
80810. Экологическое право Европейского Союза: общая характеристика 30.72 KB
  Охрана атмосферного воздуха Директива Европейского Сообщества об оценке и управлении качеством атмосферного воздуха Директива о схеме торговли выбросами парниковых газов в Сообществе Водное законодательство Директива о водной политике ЕС Директива об охране подземных вод от загрязнения определенными опасными веществами Управление отходами Рамочная директива по отходам Директива по опасным отходам Директива о комплексном контроле и предотвращении загрязнения Охрана биоразнообразия Директива об охране диких птиц Директива об охране естественной...
80811. Экологическое право как отрасль права, наука, учебная дисциплина 36.7 KB
  Она включает в себя ряд самостоятельных отраслей права: земельное; водное; горное; воздухоохранительное; лесное; фаунистическое. Общее правило касающееся экологизации иного законодательства регулирующего общественные отношения затрагивающие экологические права и интересы общества заключается в следующем. Из этого конституционного положения следует вывод что в процессе развития и совершенствования каждой отрасли российского законодательства законодательная власть должна предусматривать характерные для каждой из них правовые меры по...
80812. Конституционные основы развития экологического права 32.94 KB
  Российская федерации есть демократическое федеративное правовое государство. Согласно которой земля и другие природные ресурсы используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов проживающих на соответствующей территории. С учетом федеративного устройства России Конституция определила предметы исключительного ведения Российской Федерации ст. 71 и совместного ведения РФ и субъектов Федерации ст.
80813. Предмет, метод и система экологического права 30.74 KB
  Данные общественные отношения таким образом и сам предмет экологического права делятся на три составные части: 1 природоохранное право или природоохранительное право которое регулирует общественные отношения по поводу охраны экологических систем и комплексов общих природоохранных правовых институтов решения концептуальных вопросов всей окружающей среды. 2 природоресурсное право которое регулирует общественные отношения по предоставлению отдельных природных ресурсов в пользование а также вопросы их охраны и рационального...
80814. Принципы экологического права 30.13 KB
  ФЗ Об охране окружающей среды: соблюдение права человека на благоприятную окружающую среду; обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности человека; научно обоснованное сочетание экологических экономических и социальных интересов человека общества и государства в целях обеспечения устойчивого развития и благоприятной окружающей среды; 4 охрана воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов как необходимые условия обеспечения благоприятной окружающей среды и экологической безопасности; 5 платность...
80815. Понятие и система источников экологического права 35.28 KB
  В российской системе права они представлены нормативными актами и нормативными договорами. к Конституции России земельное водное лесное законодательство законодательство о недрах об охране окружающей среды находятся в совместном ведении Российской Федерации и субъектов Российской Федерации. По предметам совместного ведения Российской Федерации и субъектов Российской Федерации как это предусмотрено ст. 2 Конституции России издаются федеральные законы и принимаемые в соответствии с ними законы и иные нормативные правовые акты субъектов...
80816. Общая характеристика Федерального закона «Об охране окружающей среды» 37.01 KB
  Основы управления в области охраны окружающей среды; глава III. Права и обязанности граждан общественных и иных некоммерческих объединений в области охраны окружающей среды; глава IV. Экономическое регулирование в области охраны окружающей среды; глава V.
80817. Природоресурсное законодательство как источник экологического права 27.65 KB
  В отличие от законодательства об окружающей среде в собственном смысле природоресурсное законодательство более развито поскольку как подчеркивалось ранее экологическое законодательство в России развивалось применительно к использованию и охране отдельных природных ресурсов. Природоресурсное законодательство это совокупность законов регулирующих отношения по использованию и охране отдельных природных объектов. Оно включает: Земельный кодекс Российской Федерации; Федеральный закон Об обороте земель сельскохозяйственного назначения...