42157

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Магнитное поле соленоида представляет собой результат сложения полей создаваемых круговыми токами расположенными вплотную и имеющими общую ось. Сечение соленоида схематически показано на рис. Распределение магнитной индукции по длине соленоида вдоль его оси описывается выражением 1: Рис.

Русский

2013-10-27

90 KB

29 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА  № 4 – 5

ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

         Цель работы - экспериментальное изучение распределения магнитного поля вдоль оси соленоида.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

         Соленоидом называют катушку цилиндрической или иной формы из проволоки, витки которой намотаны в одном направлении. Магнитное поле соленоида представляет собой результат сложения полей, создаваемых круговыми токами, расположенными вплотную и имеющими общую ось. Сечение соленоида схематически показано на рис.1. Распределение магнитной индукции по длине соленоида вдоль его оси описывается выражением (1):

                                             Рис. 1

                          (Сos 2 - Cos 1),                                               (1)

где I – сила тока, протекающего по соленоиду, 0 = 4 10-7  Гн/м – магнитная постоянная,  1 и  2 – углы между осью соленоида (по направлению вектора В) и прямыми, проведенными от исследуемой точки  А  до концов соленоида (точки  В  и  С  соответственно), n = N/L - число витков, приходящихся на единицу длины соленоида, N – число витков соленоида, L – его длина.

        Для бесконечно длинного соленоида в каждой точке на его оси      1 = 1800,   = 00. Подставляя значения  1 и  2 в  (1), получаем выражение для магнитной индукции на оси бесконечно длинного соленоида, В:  

                                             В = 0 n I.                                                      (2)

         Индукция  В  магнитного поля в любой точке на оси соленоида конечной длины всегда меньше индукции магнитного поля бесконечно длинного соленоида В в  В/ В раз.

         Зная геометрические параметры соленоида ( L и D), можно рассчитать  1 и  2 , а следовательно, и  В для любой точки оси соленоида. Для центра соленоида выражение для  В  имеет наиболее простой вид ( в этом случае 1 = 1800 -  2).

         Обозначив  2 = 0, а  1 = 1800 - 0 и подставив в (3), получим выражение для индукции магнитного поля в центре соленоида, ВЦ:

                                        ВЦ = В Соs 0.

Из геометрических соображений

                  Cos 0 = .                             (3)

Тогда

                                         ВЦ =  .                                              (4)

         В данной работе для экспериментального изучения распределения магнитного поля на оси соленоида используется датчик, работа которого основана на эффекте Холла. При внесении в магнитное поле датчика Холла (рис. 2) в его проводящей пластине, расположенной перпендикулярно вектору магнитной индукции, через которую проходит постоянный ток, возникает поперечная разность потенциалов, то есть ЭДС Холла  ЕХ:  

                                                                    b      

                              IX                                                        EX

                              IX                                                EX    

                                                          Рис. 2

                                      ЕХ = ,                                                     (5)

где  RXпостоянная Холла,  b – толщина пластины в направлении вектора индукции магнитного поля, IХ – сила тока, проходящего через пластину,  B – модуль вектора индукции магнитного поля, в котором находится пластина.      

ОПИСАНИЕ  ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ  

                                       

         Блок схема установки представлена на рис. 3.

                                                    ФПЭ-04  

                                                                                               В7-16А    

            Источник                              PV 

             питания         

                                                                                             100 v    

                                                               Рис. 3

         Установка ФПЭ-04 кассетного типа представляет собой соленоид, внутри которого перемещается шток. На конце штока установлен датчик Холла. По длине штока нанесена сантиметровая шкала, по которой определяется положение датчика относительно центра соленоида ( 0 – соответствует положению датчика Холла в центре соленоида).

         Геометрические параметры соленоида: диаметр D = 58 мм, длина – L = 168 мм, число витков N – 1700.

         Параметры датчика Холла: ДХГ-2 с германиевой пластиной, геометрические параметры которой 7х10х0,4 мм, b = 0,4 мм, I = 0,013 А.

         Используемый в работе датчик Холла нужно проградуировать. Для этого необходимо найти зависимость ЭДС Холла от величины индукции магнитного поля,  ЕХ (В). С этой целью датчик Холла устанавливается в центре соленоида, где неоднородность магнитного поля наименьшая. Меняя ток соленоида  I (соответственно В), измеряют  ЕХ. Рассчитав по формуле (4)  В , строят  градуировочный график  ЕХ (В).

         Установив в соленоиде некоторые значения тока и перемещая датчик Холла вдоль оси соленоида ( на различное   ), измеряют ЕХ (В). Далее по градуировочному графику каждому значению  ЕХ ставится в соответствие значение  В  и строится график зависимости В (), то есть кривая распределения индукции магнитного поля вдоль оси соленоида. По формуле (5) определяют постоянную датчика Холла RX.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

         Упражнение 1. Градуировка датчика Холла.

         1. Установите датчик Холла в центре соленоида (на штоке должно быть деление 0).

         2. Включите источник питания.

         3. Установите ток соленоида  I = 0,4 А. Для измерения тока соленоида должна быть включена правая кнопка «Контроль тока» на источнике питания. Регулировка тока соленоида осуществляется ручкой «5 В – 25 В».

         4. Измерьте напряжение  ЕХ по милливольтметру, подключенному к гнездам «PV».

         5. Увеличивая ток соленоида до 1,8 А через каждые 0,2 А, измеряйте значения ЭДС ЕХ. Полученные данные  ЕХ  и  тока соленоида  IC занесите в табл. 1.

         6. Повторите пункт  5  в обратном направлении, то есть, измеряйте значения  ЕХ, уменьшая ток соленоида от 1,8 А до 0,4 А через 0,2 А. Данные занесите в табл 1.

         7. Усредните значения  ЕХ для каждого значения  IC при прямом и обратном измерениях.

         8. Вычислите индукцию магнитного поля в центре соленоида по формуле (4).

Таблица   1

№ п/п

Ток в соленоиде, IC , А

ЕХ при увеличении тока соленоида, мВ

ЕХ при уменьшении тока соленоида, мВ

Среднее значение ЕХ , мВ

В = 0nI

В, Тл

1

2

и т.д.

         9. Постройте график зависимости ЭДС Холла  ЕХ от индукции магнитного поля  В, ЕХ (В).

  1.   Из выражения (5) определите постоянную Холла

                                               ,

где  tg  находится из графика  ЕХ (В).

         Упражнение 2. Изучение распределения магнитного поля вдоль оси соленоида.

         1. Установите ток соленоида 0,5 А, 1 А или 1,5 А (по указанию преподавателя).

         2. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида на расстояние   через 1 см, измеряйте значения ЭДС Холла ЕХ. Данные  и ЕХ занесите в табл. 2.

         3. По графику ЕХ (В) определите значения индукции магнитного поля  В  соленоида, соответствующие каждому значению  ЕХ  при различных  . Данные занесите в табл. 2.

Таблица   2

№ п/п

Положение датчика Холла в соленоиде,

, см

ЭДС Холла,

ЕХ , мВ

Индукция магнитного поля вдоль оси соленоида,  В, Тл

1

2

и т. д.

         4. Постройте график зависимости величины индукции магнитного поля от расстояния   относительно центра катушки, В (), в положительном и отрицательном направлениях, рис. 4.

         5. Отметьте границу соленоида «конец катушки».

         6. Сделайте вывод об однородности магнитного поля в соленоиде.

                                                               Рис. 4.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  В чем заключается эффект Холла. Объясните принцип работы датчика Холла.
  2.  Дайте определение силы Лоренца. Как определяется ее величина и направление.
  3.  Объясните характер распределения магнитного поля вдоль оси соленоида, полученного в работе
  4.  Во сколько раз и почему магнитное поле конечного соленоида меньше поля бесконечного соленоида?
  5.  Изобразите силовые линии магнитного поля прямого провода, витка с током и соленоида.
  6.  Запишите закон Био – Савара – Лапласа.
  7.  Выведите формулу для расчета магнитного поля на оси соленоида конечной длины, бесконечно длинного соленоида.

8. Получите формулу для расчета магнитного поля, создаваемого проводником с током в форме кольца в его центре.

26


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76992. Общая характеристика производства по делам об административных правонарушениях. Задачи и принципы данного производства, обстоятельства, исключающие производство по делу 27.25 KB
  Общая характеристика производства по делам об административных правонарушениях. Задачами производства по делам об административных правонарушениях являются всестороннее полное объективное и своевременное выяснение обстоятельств каждого дела разрешение его в соответствии с законом обеспечение исполнения вынесенного постановления а также выявление причин и условий способствовавших совершению административных правонарушений. Принцип объективности выражается в обязанности государственных органов и должностных лиц уполномоченных осуществлять...
76993. Стадии производства по делам об административных правонарушениях, их правовая характеристика 29.2 KB
  Так при взыскании штрафа на месте соединяется расследование рассмотрение дела и исполнение постановления. Рассмотрение дела: подготовка дела к рассмотрению анализ и оценка обстоятельств дела принятие постановления объявление постановления. Пересмотр постановления: подача жалобы или опротестование постановления; рассмотрение жалобы или пересмотр постановления; вынесение решения; оглашение решения. Исполнение постановления: обращение постановления к исполнению; приведение постановления в исполнение; разрешение вопросов связанных с...
76994. Участники производства по делам об административных правонарушениях: понятие, классификация 27.05 KB
  Участники производства по делам об административных правонарушениях: понятие классификация. Это те уполномоченные лица которые наделены правом принятия решений в производстве по делу решений о возбуждении дела или отказе в возбуждении дела о назначении наказания или прекращения производства и т. Эти лица не имеют своего интереса в исходе производства они содействуют его осуществлению в силу своих профессиональных обязанностей или в процессе выполнения гражданского долга. Всех субъектов производства можно разделить на несколько групп.
76995. Субъекты административно-юрисдикционной деятельности и подведомственность им дел об административных правонарушениях 27.07 KB
  Административноюрисдикционный процесс – деятельность субъектов государственноисполнительной власти по разрешению споров между различными субъектами а также по применению мер административного и дисциплинарного принуждения осуществляемая в административнопроцессуальной форме. Подведомственность устанавливаемая КоАП РФ и законодательными актами субъектов РФ представляет собой распределение закрепление всех дел об административных правонарушениях между органами административной юрисдикции которые уполномочены рассматривать дела...
76996. Характеристика участников производства по делу об административном правонарушении, имеющих заинтересованность в исходе дела 26 KB
  Характеристика участников производства по делу об административном правонарушении имеющих заинтересованность в исходе дела. По степени заинтересованности в деле участников производства по делу об административном правонарушении не обладающих государственновластными полномочиями следует классифицировать на: 1 имеющих личную заинтересованность в исходе дела об административном правонарушении; 2 не имеющих личной заинтересованности в исходе дела. К первой группе следует отнести: лицо в отношении которого ведется производство по делу об...
76997. Характеристика участников производства, способствующих осуществлению производства по делам об административных правонарушениях 27.05 KB
  Они вправе давать показания по делу; заявлять отводы других участников производства; пользоваться юридической помощью; обжаловать итоговые решения стадий; получать копии процессуальных документов; знакомиться со всеми материалами дела об административном правонарушении. В качестве лиц способствующих осуществлению производства по делу об административном правонарушении могут быть только физические лица. По делу об административном правонарушении подлежат выяснению: 1.характер и размер ущерба причиненного административным правонарушением; В...
76998. Меры обеспечения производства по делам об административных правонарушениях: правовое основание и цели применения, особенности процессуального оформления некоторых мер 28.22 KB
  Меры обеспечения производства по делам об административных правонарушениях применяются в следующих целях: пресечение правонарушения; установления личности нарушителя; составление протокола об административном правонарушении при невозможности его составления на месте выявления нарушения; обеспечение своевременного и правильного рассмотрения дела и исполнения принятого по делу постановления.1 освидетельствование на состояние алкогольного опьянения; 6 медицинское освидетельствование на состояние опьянения; 7 задержание транспортного средства...
76999. Возбуждение дела об административном правонарушении. Поводы и основания. Процессуальное оформление 26.14 KB
  Возбуждение дела об административном правонарушении. Возбуждение дела об административном правонарушении начальная стадия производства. Применительно к производству по делам об административных правонарушениях данная стадия имеет специфическое процессуальное оформление. Поскольку составление такого протокола отнесено к компетенции соответствующего полномочного должностного лица постольку инициатором возбуждения дела является именно оно в некоторых случаях представитель общественного объединения.
77000. Протокол об административном правонарушении: содержание, требования, предъявляемые к протоколу, сроки его составления, случаи, когда протокол не составляется 28.31 KB
  Протокол об административном правонарушении: содержание требования предъявляемые к протоколу сроки его составления случаи когда протокол не составляется. Протокол об административном правонарушении процессуальный документ свидетельствующий о совершении данного противоправного деяния конечно предположительно. В Кодексе об административных правонарушениях установлены реквизиты протокола: дата и место составления; данные о его составителях; сведения о личности нарушителя; место время совершения и его существо; нормативный акт...