6912

Методи вимірювання магнітних полів

Лабораторная работа

Физика

Методи вимірювання магнітних полів Мета роботи: Ознайомлення з принципом дії приладу Ш1-1 для вимірювання індукції магнітного поля (принцип ядерного магнітного резонансу). Ознайомлення з принципом дії прилада Ш1-8 для вимірювання індукції магн...

Украинкский

2013-01-10

79.5 KB

6 чел.

Методи вимірювання магнітних полів

Мета роботи: 1. Ознайомлення з принципом дії приладу Ш1-1 для вимірювання індукції магнітного поля (принцип ядерного магнітного резонансу). 2. Ознайомлення з принципом дії прилада Ш1-8 для вимірювання індукції магнітного поля (на основі датчика Холла).

Зміст роботи і завдання

Завдання 1

  1.  Ознайомитися з установкою для вимірювання магнітних полів та інструкцією по роботі з приладом Ш1-1.
  2.  Провести вимірювання напруженності магнітного поля  між полюсами постійного магніту, за допомогою приладу Ш1-1.
  3.  Отримати залежність  від положення шунта (від 2 до 10 мм з кроком 1 мм) відносно полюсів електромагніта.
  4.  Дослідити вплив шунта на ступінь однорідності магнітного поля.

Завдання 2

  1.  Ознайомитися з установкою для вимірювання магнітних полів та інструкцією по роботі з приладом Ш1-8.
  2.  Провести вимірювання напруженності магнітного поля  соленоїда, за допомогою датчика приладу Ш1-8 через 1 см вздовж осі соленоїда, попередньо визначивши початкове та кінцеве положення датчика всередині соленоїда. Побудувати залежність напруженності магнітного поля від положення датчика вздовж осі соленоїда.
  3.  Провести розрахунок значення магнітного поля в залежності від струму за формулою (2).
  4.  Результати розрахунків порівняти з експериментальними даними.

Опис приладів та методики вимірювань

Вимірювач магнітної індукції Ш1-1

Вимірювач магнітної індукції Ш1-1 призначений для вимірювання індукції постійних полів магнітів, електромагнітів та соленоїдів. Діапазон вимірювання магнітної індукції постійних магнітів від 0,025 до 2,5 Тл, полів соленоїдів – від 0,057 до 0,7 Тл. Прилад має вбудований осцилографічний індикатор для спостереження сигнала ядерного магнітного резонанса (ЯМР). Похибка вимірювавння складає 0,02 %.

Принцип дії вимірювача магнітної індукції Ш1-1 грунтується на явищі ЯМР. Якщо діамагнітна речовина, ядра якої мають магнітні дипольні моменти, помістити у постійне магнітне поле з напруженістю, то диполі почнуть прецесувати навколо напрямку цього поля.

Для виявлення прецесії магнітних диполей діамагнітну речовину, що знаходиться в ампулі, поміщають у котушку індуктивності, що є частиною контура генератора високої частоти. Частоту генератора плавно змінюють. У той момент, коли частота генератора стає рівною частоті прецесії ядер, настає явище резонанса, що проявляється у поглинанні енергії високочастотного магнітного поля ядрами робочої речовини. Це поглинання енергії, еквівалентне зменшенню добротності контура, та, відповідно, еквівалентного опору контура генератора, викликає зменшення амплітуди коливань, що генеруються. У приладі здійснюється модуляція магнітного поля напругою змінного струму частотою 50 Гц за рахунок котушки модуляції датчика, завдяки чому умови ЯМР виконуються двічі за період модулюючої напруги.

При періодичній зміні напруженості магнітного поля поблизу резонансного значення зміна амплітуди коливань, що генеруються, перетворюється після детектування у сигнал змінного струму – сигнал ЯМР.

Отримавши сигнал ЯМР та вимірявши частоту генератора, можна визначити магнітну індукцію

,                                        (1)

де – частота генератора, – стала вимірювального датчика (див. таблицю).

Таблиця. Значення сталих  вимірювальних датчиків.

№ датчика

Значення сталої

1, 2, 3, 6, 7

0,023487

4

0,060435

5

0,153005

На рис.1 наведена форма ЯМР сигнала у полі з різним ступенем неоднорідності.

а

б

Рис.1. Форма сигнала ЯМР у полі з неоднорідністю:

а – 0,02 % на 1 см; б – 0,05 % на 1 см

 

Вимірювач магнітної індукції Ш1-8

Вимірювач магнітної індукції Ш1-8 – це переносний прилад, що призначений для вимірювання індукції постійних полів магнітів, електромагнітів та соленоїдів. Діапазон вимірювання магнітної індукції від 0,025 до 2,5 Тл, полів соленоїдів – від 0,01 до 0,3 Тл при використанні зонда С (зонд соленоїдів: діаметр його робочої частини – 8 мм, довжина – 504 мм). Похибка вимірювання знаходиться у межах від 1,5 % для діапазону 0,01 Тл , і 2 % для діапазонів від 0,2 до 0,3 Тл. 

У цьому приладі для вимірювання магнітного поля використовується ефект Холла.  Він полягає у тому, що при пропусканні струму у поздовжному напрямку крізь однорідну платівку напівпровідника (контакти 1, 2), що знаходиться у зовнішньому магнітному полі (яке перпендикулярне площині платівки, див. рис.2), виникає поперечна (контакти 3, 4) різниця потенціалів, величина якої пропорційна .

Рис.2. Датчик Холла

Порядок виконання роботи

Вимірювач магнітної індукції Ш1-1

Підготовка приладу до вимірів :

  1.  Увімкнути живлення тумблером "СЕТЬ", при цьому повинна загорітися сигнальна лампочка.
  2.  Прогріти прилад протягом 15 хвилин.
  3.  За допомогою ручки "ЯРКОСТЬ" отримати промінь на екрані осцилографа. Натиснувши кнопку, ручкою "ЦЕНТРОВКА ЛУЧА" встановити промінь на риску у середині екрана.
  4.  Ручкою "ЧАСТОТА" встановити шкалу на мітку, що відповідає вимірюваній індукції. Для цього потрібно скористатися орієнтовними градуювальними графіками, що знаходяться на передній панелі приладу.
  5.  За стрілочним індикатором встановити напругу коливань у межах, що відповідають 4 – 10 мкА за стрілочним індикатором.
  6.  Ручку "УСИЛЕНИЕ" встановити таким чином, щоб на екрані осцилографа спостерігалися шуми схеми приладу.
  7.  Встановити перемикач "КОНТРОЛЬ УРОВНЯ" у положення "МОДУЛЯЦИЯ".
  8.  Ручкою "МОДУЛЯЦИЯ" за стрілочним індикатором встановити струм модуляції 3 – 5 мкА (для датчика №2).

Проведення вимірів :

  1.  Помістити датчик у досліджуване магнітне поле таким чином, щоб позначка "+" на екрані датчика знаходилася у ділянці поля, що вимірюється.
  2.  Повільно обертаючи ручку "ЧАСТОТА", досягнути виникнення сигнала ЯМР
  3.  Ручкою "МОДУЛЯЦІЯ" зменшити струм модуляції до мінімально можливого значення, при якому сигнал ЯМР чітко спостерігається на екрані осцилографа.
  4.  Ручкою "ФАЗА" досягнути перетину резонансних кривих (див. рис.1). Ручкою "ЧАСТОТА" сумістити точку перетину резонансних кривих з рискою у центрі екрана трубки.
  5.  За допомогою частотоміра виміряти частоту генератора приладу.
  6.  Визначити індукцію магнітного поля досліджуваного магніта за формулою (1).


Вимірювач магнітної індукції Ш1-8

Підготовка приладу до вимірів :

  1.  Увімкнути живлення тумблером "СЕТЬ", при цьому повинна загорітися сигнальна лампочка.
  2.  Прогріти прилад протягом 15 хвилин.
  3.  Шкалу першої декади відлікового пристрою "ОТСЧЕТ ИНДУКЦИИ Т" встановити у положення ►0◄.
  4.  Тумблер "ПОЛЯРНОСТЬ" встановити у положення "N".
  5.  Тумблер "ИНДИКАТОР" встановити у положення "ТОЧНО".
  6.  Ручками "УСТ.НУЛЯГРУБО", " УСТ.НУЛЯТОЧНО" сумістити стрілку індикатора з позначкою "0".
  7.  Увімкнути живлення соленоїда і помістити зонд у магнітне поле, при цьому стрілка повинна відхилитися ліворуч. Якщо стрілка відхилиться праворуч, то для зонда "С" тумблер "ПОЛЯРНОСТЬ" встановити у положення "S".

Проведення вимірів :

  1.  Шкалу першої декади відлікового пристрою "ОТСЧЕТ ИНДУКЦИИ" перевести у положення "0.0".
  2.  Тумблер "ИНДИКАТОР" встановити у положення "ТОЧНО".
  3.  За допомогою перемикачів "ОТСЧЕТ ИНДУКЦИИ" сумістити стрілку індикатора з нулем та записати показання.

Розрахунок індукції магнітного поля :

  1.  Провести розрахунок індукції магнітного поля в залежності від струму з урахуванням геометрії соленоїда (див. рис.3):

,                                    (2)

де Гн/м – магнітна стала, – кількість витків на одиницю довжини соленоїда, – струм, що протікає у одному витку соленоїда, – кути, під якими видно торці соленоїда з точки на його осі, у якій розраховується індукція магнітного поля.

Розміри соленоїда: = 0,242 м, = 600, = 0,029 м, = 0,018 м.

  1.  Результати розрахунків порівняти з експериментальними даними.

Рис.3. Геометричні параметри соленоїда

Контрольні запитання і завдання

1. У чому полягає явище ядерного магнітного резонансу ?

2. Поясніть виникнення ефекту Холла.

3. Самостійно отримайте формулу для розрахунку індукції магнітного поля в соленоїді.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76513. Методическое наследие и его роль в развитии методики русского языка 33 KB
  Методическое наследие и его роль в развитии методики русского языка Возникновение методики преподавания русского языка датируют 1844 годом годом выхода в свет книги Федора Ивановича Буслаева О преподавании отечественного языка но еще задолго до этого исследования появлялись работы которые сейчас мы могли бы называть методическими пособиями. Срезневского 1812-1870 больше известного как автора словаря древнерусского языка но ему принадлежат и методические работы. Автор рекомендует не ограничиваться в школе изучением литературного...
76514. Внеклассная работа по русскому языку 29.5 KB
  Дети по своему усмотрению выбирают тот или другой вид внеклассной работы. Второй принцип принцип равного права как сильных так и слабых школьников на участие во внеклассной работе. Интерес к внеклассной работе не возникает стихийно; он развивается при определенных условиях которые создаются учителем т. Принцип развития способностей детей лежит в основе любой внеклассной работы в том числе и работы по русскому языку и литературе.
76515. Факультативные занятия по русскому языку 33.5 KB
  Как показано в главе о содержании образования в учебные планы общеобразовательных школ включены факультативные занятия по предметам которые изучаются по выбору самих учащихся. Следовательно факультативные занятия проводятся на добровольных началах и по выбору самих учащихся параллельно с изучением обязательных предметов. С помощью факультативных занятий школа призвана решать следующие задачи: а удовлетворять запросы в более глубоком изучении отдельных предметов которые интересуют учащихся б развивать учебнопознавательные интересы...
76516. Формирование языковой и лингвистической компетенции на уроках русского языка 26.5 KB
  Формирование языковой и лингвистической компетенции на уроках русского языка.:Языковая компетенция способность учащихся употреблять слова их формы синтаксические структуры в соответствии с нормами литературного языка использовать его синонимические средства в конечном счете владение богатством языка как условие успешной речевой деятельности. В преподавании русского языка как родного и как неродного формирование языковой компетенции занимает неодинаковое место. В первом случае дети усваивают звуковую и лексическую системы...
76517. Формирование коммуникативной компетенции на уроках русского языка 38 KB
  Формирование коммуникативной компетенции на уроках русского языка. Однако охарактеризованные знания и умения еще не обеспечивают общения адекватного коммуникативной ситуации. Очень важное место в коммуникативной компетенции занимают собственно коммуникативные умения и навыки выбрать нужную языковую форму способ выражения в зависимости от условий коммуникативного акта33 т. умения и навыки речевого общения сообразно коммуникативной ситуации.
76518. Формирование культуроведческой компетенции на уроках русского языка 26 KB
  Формирование культуроведческой компетенции на уроках русского языка. УЧЕБНИК: Культуроведческая компетенция предполагает осознание языка как формы выражения национальной культуры взаимосвязи языка и истории народа национальнокультурной специфики русского языка владение нормами русского речевого этикета культурой межнационального общения. Быстрова:Современный период развития методики преподавания языков характеризует обостренный интерес к культуроносной кумулятивной функции языка к обучению языку как средству приобщения к...
76519. Методы исследования в методике русского языка 26 KB
  Эксперимент: 1 поисковый ориентирующий эксперимент выявление проблемных зон в процессе обучения определенному предмету разделу теме; 2 констатирующий эксперимент экспериментальный срез проводящийся для подтверждения определенной гипотезы посредством тестирования и анкетирования; 3 обучающий эксперимент процесс обучения определенной группы учащихся по какойлибо новой методике программе учебному пособию и т.; 4 корректирующий эксперимент устранение недостатков выявленных в процессе обучающего эксперимента; 5 контрольный...
76520. Принципы обучения (общедидактические) 42 KB
  Прочность усвоения знаний достигается логикой построения изучаемого материала системой упражнений требующих не автоматического а творческого и сознательного перенесения полученных знаний специальными методами на этапе усвоения материала а также постоянным повторением материала уже после изучения раздела. Наглядность это использование специальных средств для опоры на различные анализаторы при восприятии и усвоении материала. Наглядность служит для того чтобы вопервых облегчить понимание материала и вовторых задействовать как можно...
76521. Принципы методики преподавания русского языка 26 KB
  Практически во всех разделах изучаются значимые единицы морфемы слова предложения. В морфемике необходимо учитывать что морфемы являются минимальными значимыми частями слова и что поэтому морфемный разбор не может быть проведен механически на глазок. При изучении морфологии существенно то что разные значения одного и того же слова могут иметь разные морфологические характеристики например: слово лес в значении ‘совокупность деревьев имеет формы единственного и множественного числа а в значении ‘строительный материал формы только...